"Ke nahana hore nka bolela ka mokhoa o sireletsehileng hore ha ho motho ea utloisisang quantum mechanics." - Richard Feynman
Sehlooho sa quantum computing esale se khahla bangoli ba theknoloji le baqolotsi ba litaba. Bokhoni ba eona ba ho kopanya le ho rarahana ha eona bo ile ba etsa hore e be le aura e itseng ea mohlolo. Hangata, lingoloa tsa likarolo le infographics li hlalosa ka botlalo litebello tse fapaneng tsa indasteri ena, ha e sa ama ts'ebeliso ea eona e sebetsang: sena se ka khelosa 'mali ea sa mameleng.
Lingoliloeng tse tsebahalang tsa mahlale li siea litlhaloso tsa litsamaiso tsa quantum mme li etsa lipolelo tse kang:
Ntho e tloaelehileng e ka ba 1 kapa 0, empa qubit e ka ba 1 le 0 ka nako e le 'ngoe.
Haeba u le lehlohonolo haholo (eo ke sa tsebeng hantle ka eona), u tla bolelloa hore:
The qubit e boemong bo phahameng pakeng tsa "1" le "0".
Ha ho le e 'ngoe ea litlhaloso tsena e bonahalang e utloahala, kaha re leka ho theha quantum mechanical phenomenon re sebelisa puo e tsoetseng pele lefatšeng la setso. Ho hlalosa ka ho hlaka melao-motheo ea quantum computing, ho hlokahala ho sebelisa puo e 'ngoe - lipalo.
Thutong ena, ke tla akaretsa lisebelisoa tsa lipalo tse hlokahalang ho etsa mohlala le ho utloisisa litsamaiso tsa quantum computing, hammoho le mokhoa oa ho bontša le ho sebelisa logic ea quantum computing. Ho feta moo, ke tla fana ka mohlala oa algorithm ea quantum mme ke u bolelle hore na molemo oa eona ke ofe ho feta k'homphieutha ea setso.
Ke tla etsa sohle se matleng a ka ho hlalosa sena sohle ka puo e hlakileng, empa ke ntse ke tšepa hore babali ba sehlooho sena ba na le kutloisiso ea motheo ea linear algebra le digital logic (linear algebra e koahetsoe.
Taba ea pele, a re ke re hlahlobeng melao-motheo ea logic ea digital. E itšetlehile ka tšebeliso ea lipotoloho tsa motlakase ho etsa lipalo. Ho etsa hore tlhaloso ea rona e be e sa utloahaleng haholoanyane, a re nolofatseng boemo ba terata ea motlakase ho "1" kapa "0", e tla lumellana le "ho" kapa "tima". Ka ho hlophisa li-transistors ka tatellano e itseng, re tla theha seo ho thoeng ke lintlha tsa logic tse nkang boleng ba lets'oao le le leng kapa ho feta ebe li li fetolela hore e be lets'oao la tlhahiso le ipapisitseng le melao e itseng ea Boolean logic.
Liheke tse tloaelehileng tsa logic le litafole tsa tsona tsa naha
Ho itšetlehile ka liketane tsa lintho tse joalo tsa motheo, ho ka bōptjoa lintho tse rarahaneng haholoanyane, 'me ho itšetlehile ka liketane tsa lintho tse rarahaneng, qetellong re ka lebella ho fumana analogue ea processor e bohareng.
Joalokaha ke boletse pejana, re hloka mokhoa oa ho emela logic ea digital ka lipalo. Taba ea pele, a re ke re tsebiseng logic ea setso ea lipalo. U sebelisa linear algebra, li-bits tsa khale tse nang le boleng "1" le "0" li ka emeloa e le li-vector tse peli tsa kholomo:
moo lipalo tse ka letsohong le letšehali li leng teng
boitsebahatso | Phetoho ea boitsebiso |
Bothata | E hanne |
Kamehla-0 | Palo ea kamehla "0" |
Kamehla-1 | Palo ea kamehla "1" |
Ho ipapisitsoe le tlhahiso ea rona e ncha e reriloeng, ho bonolo haholo ho etsa ts'ebetso ka karolo e ts'oanang u sebelisa phetoho ea vector:
Pele re fetela pele, a re shebeng mohopolo
Ka thuso ea
Kaha joale re na le hoo e ka bang mehopolo eohle e hlokahalang ea lipalo, ha re feteleng pele ho heke ea rona ea pele ea quantum logic. Mona ke moetsi
Opereishene ena e ka hlahisoa joalo ka vector e latelang ea phetoho:
Ho bonts'a tsohle tseo re li koahetseng ho fihlela joale, ke tla u bontša mokhoa oa ho sebelisa karolo ea CNOT ho li-bits tse ngata:
Ho akaretsa se seng se boletsoe: mohlaleng oa pele re senya |10⟩ likarolong tsa sehlahisoa sa eona sa tensor le ho sebelisa matrix a CNOT ho fumana boemo bo bocha bo lumellanang ba sehlahisoa; re e beha ho |11⟩ ho latela tafole ea litekanyetso tsa CNOT tse fanoeng pejana.
Kahoo, re hopotse melao eohle ea lipalo e tla re thusa ho utloisisa li-computing tsa setso le li-bits tse tloaelehileng, 'me qetellong re ka fetela pele ho ea kajeno ea quantum computing le qubits.
Haeba u balile ho fihlela joale, ke na le litaba tse monate bakeng sa hau: qubits e ka hlalosoa habonolo ka lipalo. Ka kakaretso, haeba classical bit (cbit) e ka hlophisoa ho |1⟩ kapa |0⟩, qubit e maemong a holimo 'me e ka ba |0⟩ le |1⟩ pele ho tekanyo. Ka mor'a tekanyo, e oela ho |0⟩ kapa |1⟩. Ka mantsoe a mang, qubit e ka hlahisoa e le motsoako oa |0⟩ le |1⟩ ho latela foromo e ka tlase:
moo a₀ и a₁ emela, ka ho latellana, li-amplitudes |0⟩ le |1⟩. Tsena li ka nkoa e le "menyetla ea quantum", e emelang monyetla oa hore qubit e oele ho e 'ngoe ea linaha ka mor'a hore e lekanngoe, kaha ho quantum mechanics ntho e ka holimo-limo e oela ho e' ngoe ea linaha ka mor'a hore e lokisoe. Ha re atoloseng polelo ena mme re fumane tse latelang:
Ho nolofatsa tlhaloso ea ka, ena ke boemeli boo ke tla bo sebelisa sehloohong sena.
Bakeng sa qubit ena, monyetla oa ho putlama ho boleng a₀ ka mor'a tekanyo e lekana le |a₀|², le monyetla oa ho putlama ho fihlela boleng a₁ e lekana le |a₁|². Ka mohlala, bakeng sa qubit e latelang:
monyetla oa ho putlama ho "1" o lekana le |1/ √2|², kapa ½, ke hore, 50/50.
Kaha tsamaisong ea khale menyetla eohle e tlameha ho eketsoa ho e le 'ngoe (bakeng sa kabo e felletseng ea monyetla), re ka fihlela qeto ea hore lisekoere tsa boleng bo felletseng ba amplitudes |0⟩ le |1⟩ li tlameha ho kopanya e le' ngoe. Ho latela lintlha tsena, re ka etsa equation e latelang:
Haeba u tloaelane le trigonometry, u tla hlokomela hore equation ena e lumellana le theorem ea Pythagorean (a²+b²=c²), ke hore, re ka emela ka mokhoa o hlakileng maemo a ka bang teng a qubit joalo ka lintlha tse selikalikoeng sa yuniti, e leng:
Basebelisi ba logic le likarolo li sebelisoa ho qubits ka tsela e ts'oanang le maemong a li-classical bits - ho ipapisitse le phetoho ea matrix. Lisebelisoa tsohle tsa matrix tse sa fetoheng tseo re li hopotse ho fihlela joale, haholo CNOT, li ka sebelisoa ho sebetsa ka li-qubits. Basebelisi ba joalo ba matrix ba u lumella ho sebelisa e 'ngoe le e' ngoe ea li-amplitudes tsa qubit ntle le ho e lekanya le ho e senya. E re ke u fe mohlala oa ho sebelisa opareitara ea ho hana ho qubit:
Pele re tsoela pele, e re ke u hopotse hore boleng ba amplitude a₀ le a₁ ehlile
Leha ho le joalo, ho nolofatsa tlhaloso, mona re tla fokotsa palo ea sebele.
Ho bonahala e le nako ea ho buisana ka lintlha tse ling tse utloahalang tse utloahalang molemong oa computing ea quantum.
E 'ngoe ea li-operators tsa bohlokoa ka ho fetisisa ke "element ea Hadamard": e nka boemo ba "0" kapa "1" 'me e e beha boemong bo nepahetseng ka monyetla oa 50% oa ho oela "1" kapa "0" ka mora ho lekanya.
Hlokomela hore ho na le nomoro e fosahetseng ka lehlakoreng le ka tlaase le letona la Hadamard operator. Sena se bakoa ke taba ea hore sephetho sa ho sebelisa opareitara se ipapisitse le boleng ba lets'oao la ho kenya: - |1⟩ kapa |0⟩, ka hona, lipalo li ka khutlisetsoa morao.
Ntlha e 'ngoe ea bohlokoa mabapi le ntho ea Hadamard ke ho se feto-fetohe ha eona, ho bolelang hore e ka nka qubit sebakeng se nepahetseng mme ea e fetola |0⟩ kapa |1⟩.
Sena ke sa bohlokoa haholo hobane se re fa bokhoni ba ho fetoha ho tloha boemong ba quantum ntle le ho khetholla boemo ba qubit - 'me, ka hona, ntle le ho e senya. Ka hona, re ka theha komporo ea quantum ho ipapisitse le deterministic ho fapana le molao-motheo oa probabilistic.
Basebetsi ba Quantum ba nang le linomoro tsa 'nete feela ba fapane le bona, kahoo re ka emela sephetho sa ho sebelisa opareitara ho qubit e le phetoho ka har'a selikalikoe sa yuniti ka mokhoa oa mochini oa mmuso:
Ka hona, qubit, boemo ba eona bo hlahisitsoeng setšoantšong se ka holimo, ka mor'a ho sebelisa ts'ebetso ea Hadamard, e fetoloa mmuso o bontšitsoeng ke motsu o lumellanang. Ka mokhoa o ts'oanang, re ka etsa mochini o mong oa mmuso o tla bonts'a phetoho ea qubit re sebelisa opareitara ea ho hana joalo ka ha ho bonts'itsoe ka holimo (eo hape a tsejoang e le Pauli negation operator, kapa bit inversion), joalokaha ho bontšitsoe ka tlase:
Ho etsa ts'ebetso e rarahaneng ho feta qubit ea rona, re ka hokahanya li-opereishene tse ngata kapa ra sebelisa likarolo hangata. Mohlala oa phetoho ea serial e thehiloeng ho
Ke hore, haeba re qala ka bit | 0⟩, sebelisa inversion e nyenyane, ebe opereishene ea Hadamard, joale e 'ngoe e fokolang,' me hape ke ts'ebetso ea Hadamard, e lateloa ke phetoho ea ho qetela, re qetella re e-na le vector e fanoeng ke pele. lehlakore le letona la ketane. Ka ho beha mechini e fapaneng ea mmuso holim'a e 'ngoe, re ka qala ho |0⟩' me ra latela metsu e mebala e tsamaellanang le phetoho e 'ngoe le e' ngoe ho utloisisa hore na e sebetsa joang.
Kaha re fihlile mona, ke nako ea ho nahana ka e 'ngoe ea mefuta ea li-algorithms tsa quantum, e leng -
Ha re nahane hore u na le lebokose le letšo le nang le ts'ebetso / opereishene karolong e le 'ngoe (hopola - ka karoloana e le' ngoe, ho ka etsoa lits'ebetso tse 'nè feela: phetoho ea boitsebiso, ho hlokomoloha, tlhahlobo ea "0" e sa khaotseng le tlhahlobo ea "1" ea kamehla. "). Hantle-ntle mosebetsi o etsoang ka lebokoseng ke ofe? Ha u tsebe hore na ke efe, empa u ka feta mefuta e mengata ea litekanyetso tsa ho kenya kamoo u ratang 'me u hlahlobe liphetho.
Ke lintho tse kae tse kenang le tse hlahisoang tseo u ka li kenyang ka har'a lebokose le letšo ho fumana hore na ho sebelisoa ts'ebetso efe? Nahana ka sena motsotsoana.
Tabeng ea komporo ea khale, o tla hloka ho etsa lipotso tse 2 ho tseba hore na o tla sebelisa eng. Ka mohlala, haeba ho kenya "1" ho hlahisa "0", hoa hlaka hore mosebetsi oa ho bala "0" kamehla kapa mosebetsi oa ho hlokomoloha o sebelisoa, ka mor'a moo o tla tlameha ho fetola boleng ba pontšo ea ho kenya. ho "0" 'me u bone se etsahalang ha u tsoa.
Tabeng ea komporo ea quantum, ho tla hlokahala lipotso tse peli, kaha o ntse o hloka litekanyetso tse peli tse fapaneng tsa tlhahiso ho hlalosa hantle mosebetsi o lokelang ho sebelisoa ho boleng ba kenyelletso. Leha ho le joalo, haeba u fetola potso hanyenyane, ho bonahala eka lik'homphieutha tsa quantum li ntse li na le molemo o tebileng: haeba u ne u batla ho tseba hore na mosebetsi o sebelisoang ke oa kamehla kapa o fetoha, lik'homphieutha tsa quantum li tla ba le molemo.
Ts'ebetso e sebelisitsoeng ka lebokoseng e ea fetoha haeba litekanyetso tse fapaneng tsa lets'oao la ho kenya li hlahisa liphetho tse fapaneng tlhahisong (mohlala, phetoho ea boitsebahatso le phetoho e nyane), mme haeba boleng ba tlhahiso bo sa fetohe ho sa tsotelehe boleng ba tlhahiso, joale mosebetsi o lula o le teng (mohlala, ho bala "1" kapa ho bala "0" ea kamehla.
U sebelisa algorithm ea quantum, u ka tseba hore na mosebetsi o ka lebokoseng le letšo o lula o le teng kapa o fetoha ho latela potso e le 'ngoe feela. Empa pele re sheba mokhoa oa ho etsa sena ka botlalo, re hloka ho fumana mokhoa oa ho hlophisa e 'ngoe le e' ngoe ea mesebetsi ena khomphuteng ea quantum. Kaha basebelisi leha e le bafe ba quantum ba tlameha ho fetoha, hang-hang re tobana le bothata: mesebetsi ea ho bala "1" le "0" ha e joalo.
Tharollo e tloaelehileng e sebelisoang k'homphieutheng ea quantum ke ho eketsa tlhahiso e eketsehileng ea qubit e khutlisetsang boleng bofe kapa bofe boo mosebetsi o bo fumanang.
Pele: | Ka morao: |
Ka tsela ena, re ka tseba litekanyetso tsa ho kenya feela ho latela boleng ba tlhahiso, mme ts'ebetso e fetoha e sa fetoheng. Sebopeho sa li-circuits tsa quantum se etsa hore ho be le tlhokahalo ea ho kenya chelete e eketsehileng. Molemong oa ho nts'etsapele li-operator tse tsamaellanang, re tla nka hore qubit ea tlatsetso e behiloeng ho |0⟩.
Re sebelisa kemelo e tšoanang ea potoloho ea quantum eo re e sebelisitseng pejana, ha re boneng hore na e 'ngoe le e' ngoe ea likarolo tse 'ne (phetoho ea boitsebahatso, negation, tlhahlobo ea "0" e sa feleng le tlhahlobo ea "1") e ka kengoa ts'ebetsong joang ho sebelisoa li-operators tsa quantum.
Ka mohlala, ena ke tsela eo u ka kenyang ts'ebetso ea ho bala "0" kamehla:
Palo ea kamehla "0":
Mona ha re hloke basebelisi ho hang. qubit ea pele e kentsoeng (eo re neng re nahanne hore ke |0⟩) e khutla ka boleng bo tšoanang, 'me boleng ba bobeli bo ikhutlisa - joalo ka tloaelo.
Ka ts'ebetso ea ho bala "1" kamehla boemo bo fapane hanyane:
Palo ea kamehla "1":
Kaha re nahanne hore qubit ea pele ea ho kenya e lula e behiloe ho |0⟩, sephetho sa ho sebelisa bit inversion operator ke hore e lula e hlahisa e le 'ngoe ho tlhahiso. 'Me joalo ka tloaelo, qubit ea bobeli e fana ka boleng ba eona ho tlhahiso.
Ha u etsa 'mapa oa mosebelisi oa phetoho ea boitsebiso, mosebetsi o qala ho ba thata le ho feta. Mokhoa oa ho e etsa ke ona:
Phetoho e ts'oanang:
Letšoao le sebelisitsoeng mona le bolela karolo ea CNOT: mola o ka holimo o bolela karoloana ea taolo, 'me ntlha e ka tlaase e bolela karolo ea taolo. E-re ke u hopotse hore ha u sebelisa opereishene ea CNOT, boleng ba karolo ea taolo bo fetoha haeba karolo ea taolo e lekana le |1⟩, empa e lula e sa fetohe haeba karolo ea taolo e lekana le |0⟩. Kaha re ne re nka hore boleng ba mohala o ka holimo o lula o lekana le |0⟩, boleng ba eona bo lula bo abeloa ho ea tlase.
Re tsoela pele ka mokhoa o ts'oanang le opareitara ea ho hana:
Negation:
Re fetolela hanyane qetellong ea mola oa tlhahiso.
Kaha joale re se re e-na le kutloisiso eo ea pele, a re shebeng melemo e khethehileng ea k'homphieutha ea quantum holim'a komporo ea setso ha ho tluoa tabeng ea ho khetholla nako kapa ho fapana ha mosebetsi o patiloeng ka lebokoseng le letšo ho sebelisa potso e le 'ngoe feela.
Ho rarolla bothata bona ka ho sebelisa komporo ea quantum ka kopo e le 'ngoe, ho hlokahala hore u behe li-qubits ka holimo pele u li fetisetsa mosebetsing, joalokaha ho bontšitsoe ka tlase:
Karolo ea Hadamard e sebelisoa hape ho sephetho sa ts'ebetso ea ho senya li-qubits ho tsoa holimo le ho etsa hore algorithm e be deterministic. Re qala sistimi ka boemo |00⟩, 'me ka mabaka ao ke tla a hlalosa haufinyane, fumana sephetho |11⟩ haeba ts'ebetso e kentsoeng e sa fetohe. Haeba ts'ebetso e ka hare ho lebokose le letšo e fetoha, ka mor'a ho lekanya tsamaiso e khutlisetsa sephetho |01⟩.
Ho utloisisa sengoloa kaofela, a re shebeng papiso eo ke e bontšitseng pejana:
Ka ho sebelisa bit inversion opareitara ebe o sebelisa element ea Hadamard ho boleng ba bobeli bo lekanang le |0⟩, re etsa bonnete ba hore li fetoleloa boemong bo tšoanang ba |0⟩ le |1⟩, ka tsela e latelang:
U sebelisa mohlala oa ho fetisetsa boleng bona ho ts'ebetso ea lebokose le letšo, ho bonolo ho bonts'a hore ka bobeli boleng ba ts'ebetso bo sa feleng |11⟩.
Palo ea kamehla "0":
Ka mokhoa o ts'oanang, rea bona hore ts'ebetso ea ho bala "1" ea kamehla e boetse e hlahisa |11⟩ joalo ka tlhahiso, ke hore:
Palo ea kamehla "1":
Hlokomela hore tlhahiso e tla ba |1⟩, kaha -1² = 1.
Ka molao-motheo o ts'oanang, re ka paka hore ha re sebelisa mesebetsi ka bobeli e fapaneng, re tla lula re fumana |01⟩ ho sehlahisoa (ha feela re sebelisa mokhoa o ts'oanang), leha ntho e ngoe le e ngoe e le thata haholoanyane.
Phetoho e ts'oanang:
Kaha CNOT ke opareitara ea li-qubit tse peli, e ke ke ea emeloa e le mochini o bonolo oa mmuso, ka hona hoa hlokahala ho hlalosa matšoao a mabeli a hlahisoang a ipapisitse le sehlahisoa sa tensor sa li-qubits tse peli le ho atisoa ke matrix ea CNOT joalo ka ha ho hlalositsoe pejana:
Ka mokhoa ona re ka boela ra netefatsa hore boleng ba tlhahiso |01⟩ bo amoheloa haeba mosebetsi oa ho hana o patiloe ka lebokoseng le letšo:
Negation:
Kahoo, re sa tsoa bonts'a boemo boo komporo ea quantum e sebetsang hantle ho feta komporo e tloaelehileng.
Ho latela eng?
Ke khothaletsa hore re qetelle mona. Re se re entse mosebetsi o moholo. Haeba u utloisisa ntho e 'ngoe le e' ngoe eo ke e ngotseng, ke nahana hore joale u na le kutloisiso e ntle ea metheo ea quantum computing le quantum logic, le hore na ke hobane'ng ha li-algorithms tsa quantum li ka sebetsa hantle ho feta k'homphieutha ea setso maemong a itseng.
Tlhaloso ea ka e ke ke ea bitsoa tataiso e felletseng ea quantum computing le algorithms - ho fapana le hoo, ke kenyelletso e khuts'oane ea lipalo le notation, e etselitsoeng ho leleka maikutlo a babali mabapi le taba e behiloeng ke mehloli e tsebahalang ea mahlale (ka botebo, ba bangata ba hlile ba ke ke ba utloisisa. boemo!). Ke ne ke se na nako ea ho ama lihlooho tse ngata tsa bohlokoa, tse kang
Haeba u batla ho hlophisa le ho hlophisa tsebo ea hau ka likhomphutha tsa quantum, ka potlako Ke khothaletsa hore u bale
Source: www.habr.com