ការគណនា Quantum និងព័ត៌មាន Quantum ។ សង្ខេប៖ ការគណនា Quantum

ក្រសួងអប់រំនៃសហព័ន្ធរុស្ស៊ី

វិទ្យាស្ថានអប់រំរដ្ឋ

អត្ថបទ

ការគណនា Quantum

សេចក្តីផ្តើម

ជំពូក I. គោលគំនិតជាមូលដ្ឋាននៃមេកានិចកង់ទិច

ជំពូក II ។ គោលគំនិត និងគោលការណ៍ជាមូលដ្ឋាននៃការគណនាកង់ទិច

ជំពូក III ។ ក្បួនដោះស្រាយ Grover

សេចក្តីសន្និដ្ឋាន

គន្ថនិទ្ទេស

សេចក្តីផ្តើម

ស្រមៃមើលកុំព្យូទ័រដែលអង្គចងចាំមានទំហំធំជាងទំហំរូបវន្តរបស់វា នឹងនាំឱ្យអ្នករំពឹងទុក។ កុំព្យូទ័រដែលអាចគ្រប់គ្រងសំណុំទិន្នន័យបញ្ចូលធំជាងអិចស្ប៉ូណង់ស្យែលក្នុងពេលដំណាលគ្នា; កុំព្យូទ័រ​ដែល​ធ្វើ​ការ​គណនា​ក្នុង​លំហ Hilbert ដែល​មាន​ភាព​អាប់អួរ​សម្រាប់​យើង​ភាគ​ច្រើន​។

បន្ទាប់មកអ្នកគិតអំពីកុំព្យូទ័រ quantum ។

គំនិតនៃឧបករណ៍គណនាដោយផ្អែកលើមេកានិចកង់ទិចត្រូវបានពិចារណាដំបូងនៅដើមទសវត្សរ៍ឆ្នាំ 1970 និងដើមទសវត្សរ៍ឆ្នាំ 1980 ដោយអ្នករូបវិទ្យា និងអ្នកវិទ្យាសាស្ត្រកុំព្យូទ័រដូចជា Charles H. Bennett នៃមជ្ឈមណ្ឌលស្រាវជ្រាវ IBM Thomas J. Watson និង Paul A. Benioff មកពី Argonne National មន្ទីរពិសោធន៍នៅរដ្ឋ Illinois លោក David Deutsch មកពីសាកលវិទ្យាល័យ Oxford និងក្រោយមកលោក Richard P. Feynman មកពីវិទ្យាស្ថានបច្ចេកវិទ្យាកាលីហ្វ័រញ៉ា (Caltech)។ គំនិតនេះបានកើតឡើងនៅពេលដែលអ្នកវិទ្យាសាស្ត្រចាប់អារម្មណ៍លើដែនកំណត់ជាមូលដ្ឋាននៃការគណនា។ ពួកគេបានដឹងថា ប្រសិនបើបច្ចេកវិទ្យាបន្តកាត់បន្ថយបន្តិចម្តងៗនូវទំហំនៃបណ្តាញកុំព្យូទ័រដែលខ្ចប់ចូលទៅក្នុងបន្ទះសៀគ្វីស៊ីលីកុន នោះវានឹងនាំឱ្យធាតុនីមួយៗក្លាយជាអាតូមមិនលើសពីពីរបី។ បន្ទាប់មកបញ្ហាមួយបានកើតឡើងព្រោះនៅកម្រិតអាតូមិកមានច្បាប់ រូបវិទ្យា quantumមិនមែនបុរាណទេ។ នេះបានចោទជាសំណួរថាតើវាអាចទៅរួចក្នុងការសាងសង់កុំព្យូទ័រដោយផ្អែកលើគោលការណ៍នៃរូបវិទ្យា quantum ដែរឬទេ?

Feynman គឺជាមនុស្សដំបូងគេដែលព្យាយាមឆ្លើយសំណួរនេះ។ នៅឆ្នាំ 1982 គាត់បានស្នើគំរូនៃប្រព័ន្ធ quantum អរូបីដែលសមរម្យសម្រាប់ការគណនា។ គាត់ក៏បានពន្យល់ពីរបៀបដែលប្រព័ន្ធបែបនេះអាចជាក្លែងធ្វើនៅក្នុងរូបវិទ្យាកង់ទិច។ ម្យ៉ាងវិញទៀត អ្នករូបវិទ្យាអាចធ្វើការពិសោធន៍គណនាលើកុំព្យូទ័រ quantum បែបនេះ។

ក្រោយមកនៅឆ្នាំ 1985 Deutsch បានដឹងថាការអះអាងរបស់ Feynman អាចនឹងនាំទៅដល់កុំព្យូទ័រ quantum គោលបំណងទូទៅ ហើយគាត់បានបោះពុម្ពផ្សាយការងារទ្រឹស្តីសំខាន់ៗដែលបង្ហាញថាដំណើរការរូបវន្តណាមួយជាគោលការណ៍អាចត្រូវបានក្លែងធ្វើនៅលើកុំព្យូទ័រ quantum ។

ជាអកុសល អ្វីទាំងអស់ដែលពួកគេអាចកើតឡើងនៅពេលនោះគឺជាបញ្ហាគណិតវិទ្យាដែលនៅឆ្ងាយបន្តិច រហូតដល់លោក Shor បានចេញផ្សាយការងាររបស់គាត់នៅឆ្នាំ 1994 ដែលគាត់បានបង្ហាញពីក្បួនដោះស្រាយសម្រាប់ការដោះស្រាយបញ្ហាសំខាន់មួយពីទ្រឹស្តីលេខនៅលើកុំព្យូទ័រ Quantum ពោលគឺ ការបំបែកទៅជាកត្តាសំខាន់។ គាត់បានបង្ហាញពីរបៀបដែលសំណុំនៃប្រតិបត្តិការគណិតវិទ្យាដែលត្រូវបានរចនាឡើងជាពិសេសសម្រាប់កុំព្យូទ័រ quantum អាច ធ្វើកត្តា(factorize) ចំនួនដ៏ច្រើនសន្ធឹកសន្ធាប់យ៉ាងឆាប់រហ័ស លឿនជាងកុំព្យូទ័រធម្មតា។ នេះគឺជារបកគំហើញមួយដែលបានផ្លាស់ប្តូរការគណនា Quantum ពីចំណាប់អារម្មណ៍ផ្នែកសិក្សា ទៅជាបញ្ហាចំណាប់អារម្មណ៍ចំពោះពិភពលោកទាំងមូល។

ជំពូក ខ្ញុំ . គោលគំនិតជាមូលដ្ឋាននៃមេកានិចកង់ទិច

នៅចុងបញ្ចប់នៃសតវត្សទី 19 មានមតិយ៉ាងទូលំទូលាយក្នុងចំណោមអ្នកវិទ្យាសាស្ត្រដែលថារូបវិទ្យាគឺជាវិទ្យាសាស្ត្រ "ពេញលេញ" ហើយវាមានតិចតួចណាស់សម្រាប់ "ភាពពេញលេញ" របស់វា: ដើម្បីពន្យល់ពីរចនាសម្ព័ន្ធ។ វិសាលគមអុបទិកនៃអាតូមនិងការចែកចាយវិសាលគម វិទ្យុសកម្មកម្ដៅ . វិសាលគមអុបទិកនៃអាតូមត្រូវបានទទួលដោយការបំភាយ ឬការស្រូបយកពន្លឺ (រលកអេឡិចត្រូម៉ាញ៉េទិច) ដោយអាតូមសេរី ឬខ្សោយ។ ជាពិសេស ឧស្ម័ន Monatomic និងចំហាយទឹកមានវិសាលគមបែបនេះ។

វិទ្យុសកម្មកំដៅគឺជាយន្តការសម្រាប់ផ្ទេរកំដៅរវាងផ្នែកដាច់ដោយឡែកពីគ្នានៃរាងកាយ ដោយសារវិទ្យុសកម្មអេឡិចត្រូម៉ាញ៉េទិច។

ទោះជាយ៉ាងណាក៏ដោយការចាប់ផ្តើមនៃសតវត្សទី 20 បាននាំឱ្យមានការយល់ដឹងថាមិនអាចនិយាយអំពី "ភាពពេញលេញ" ណាមួយឡើយ។ វាច្បាស់ណាស់ថា ដើម្បីពន្យល់ពីបាតុភូតទាំងនេះ និងបាតុភូតផ្សេងទៀត វាចាំបាច់ក្នុងការពិនិត្យឡើងវិញនូវគោលគំនិតនៃវិទ្យាសាស្ត្ររូបវិទ្យា។

ជាឧទាហរណ៍ ដោយផ្អែកលើទ្រឹស្តីរលកនៃពន្លឺ វាប្រែទៅជាមិនអាចទៅរួចទេក្នុងការផ្តល់ការពន្យល់ពេញលេញអំពីសំណុំនៃបាតុភូតអុបទិកទាំងមូល។

នៅពេលដោះស្រាយបញ្ហានៃសមាសភាពវិសាលគមនៃវិទ្យុសកម្ម រូបវិទូជនជាតិអាឡឺម៉ង់ Max Planck ក្នុងឆ្នាំ 1900 បានផ្តល់យោបល់ថា ការបំភាយ និងការស្រូបយកពន្លឺដោយរូបធាតុកើតឡើងក្នុងផ្នែកកំណត់ ឬ quanta ។ទន្ទឹមនឹងនេះថាមពល ហ្វូតុន - បរិមាណនៃវិទ្យុសកម្មអេឡិចត្រូម៉ាញ៉េទិច(ក្នុងន័យតូចចង្អៀត - ពន្លឺ) ត្រូវបានកំណត់ដោយកន្សោម

តើភាពញឹកញាប់នៃពន្លឺបញ្ចេញ (ឬស្រូប) នៅឯណា ហើយជាថេរសកល ដែលឥឡូវគេហៅថា ថេររបស់ Planck ។

ថេរ Dirac ត្រូវបានគេប្រើជាញឹកញាប់

បន្ទាប់មកថាមពល quantum ត្រូវបានបង្ហាញជា កន្លែង

ប្រេកង់រាងជារង្វង់នៃវិទ្យុសកម្ម។

ភាពផ្ទុយគ្នារវាងការមើលពន្លឺជាស្ទ្រីមនៃភាគល្អិតដែលមានបន្ទុក និងជារលកនាំឱ្យមានគំនិត រលកភាគល្អិតទ្វេ។

នៅលើដៃមួយ ហ្វូតុនបង្ហាញពីលក្ខណៈសម្បត្តិនៃរលកអេឡិចត្រូម៉ាញ៉េទិចនៅក្នុងបាតុភូត គម្លាត(រលកកោងជុំវិញឧបសគ្គដែលអាចប្រៀបធៀបទៅនឹងប្រវែងរលក) និង ការជ្រៀតជ្រែក(ការត្រួតលើគ្នានៃរលកដែលមានប្រេកង់ដូចគ្នា និងដំណាក់កាលដំបូងដូចគ្នា) នៅលើមាត្រដ្ឋានដែលប្រៀបធៀបទៅនឹងប្រវែងរលកនៃហ្វូតុន។ ឧទាហរណ៍ photons តែមួយឆ្លងកាត់រន្ធទ្វេបង្កើតលំនាំជ្រៀតជ្រែកនៅលើអេក្រង់ដែលអាចពិពណ៌នាបាន។ សមីការរបស់ Maxwell. ទោះជាយ៉ាងណាក៏ដោយ ការពិសោធន៍បង្ហាញថា ហ្វូតុងត្រូវបានបញ្ចេញ និងស្រូបចូលទាំងស្រុងដោយវត្ថុដែលមានទំហំតូចជាងរលកពន្លឺរបស់ហ្វូតុង (ឧទាហរណ៍ អាតូម) ឬជាទូទៅ ចំពោះការប្រហាក់ប្រហែលខ្លះអាចចាត់ទុកថាជាចំណុច (ឧទាហរណ៍ អេឡិចត្រុង)។ នោះគឺពួកគេមានឥរិយាបទដូចជាភាគល្អិត ដុំសាច់. នៅក្នុង macrocosm ជុំវិញខ្លួនយើង មានវិធីជាមូលដ្ឋានចំនួនពីរក្នុងការផ្ទេរថាមពល និងសន្ទុះរវាងចំណុចពីរក្នុងលំហៈ ចលនាផ្ទាល់នៃរូបធាតុពីចំណុចមួយទៅចំណុចមួយទៀត និងដំណើរការរលកនៃការផ្ទេរថាមពលដោយមិនផ្ទេររូបធាតុ។ ក្រុមហ៊ុនដឹកជញ្ជូនថាមពលទាំងអស់នៅទីនេះត្រូវបានបែងចែកយ៉ាងតឹងរ៉ឹងទៅជា corpuscular និងរលក។ ផ្ទុយទៅវិញនៅក្នុង microworld ការបែងចែកបែបនេះមិនមានទេ។ ភាគល្អិតទាំងអស់ និងជាពិសេស ហ្វូតុន ត្រូវបានកំណត់គុណលក្ខណៈទាំង corpuscular និង លក្ខណៈសម្បត្តិរលក។ ស្ថានភាពមិនច្បាស់លាស់។ នេះគឺជាវត្ថុបំណងនៃគំរូកង់ទិច។

វិទ្យុសកម្មប្រេកង់ស្ទើរតែ monochromatic បញ្ចេញដោយប្រភពពន្លឺអាចត្រូវបានគិតថាមាន "កញ្ចប់នៃវិទ្យុសកម្ម" ដែលយើងហៅថា photons ។ វិទ្យុសកម្ម monochromatic - មានការរីករាលដាលប្រេកង់តូចបំផុត តាមឧត្ដមគតិមួយ រលកពន្លឺ។

ការសាយភាយនៃហ្វូតុននៅក្នុងលំហត្រូវបានពិពណ៌នាយ៉ាងត្រឹមត្រូវដោយសមីការ Maxwell បុរាណ។ ក្នុងករណីនេះ photon នីមួយៗត្រូវបានគេចាត់ទុកថាជាបុរាណ នៅក្នុងរថភ្លើងមួយ។ រលកកំណត់ដោយវាលវ៉ិចទ័រពីរ - កម្លាំងវាលអេឡិចត្រូតនិងអាំងឌុច វាលម៉ាញេទិក. រថភ្លើងរលកគឺជាការរំខានជាបន្តបន្ទាប់ជាមួយនឹងការសម្រាករវាងពួកគេ។ វិទ្យុសកម្មនៃអាតូមនីមួយៗមិនអាចមានលក្ខណៈ monochromatic បានទេ ពីព្រោះវិទ្យុសកម្មមានរយៈពេលកំណត់ដែលមានរយៈពេលកើនឡើង និងធ្លាក់ចុះ។

វាមិនត្រឹមត្រូវទេក្នុងការបកស្រាយផលបូកនៃការ៉េនៃអំព្លីទីតជាដង់ស៊ីតេថាមពលនៅក្នុងលំហដែលហ្វូតុនផ្លាស់ទី។ ផ្ទុយទៅវិញ បរិមាណនីមួយៗដែលអាស្រ័យជាបួនជ្រុងលើទំហំរលក គួរតែត្រូវបានបកស្រាយថាជាបរិមាណសមាមាត្រទៅនឹងប្រូបាប៊ីលីតេនៃដំណើរការមួយចំនួន។ ឧបមាថា វាមិនស្មើនឹងថាមពលដែលផ្តល់ដោយហ្វូតុនទៅកាន់តំបន់នេះទេ ប៉ុន្តែវាសមាមាត្រទៅនឹងប្រូបាប៊ីលីតេនៃការរកឃើញ photon នៅក្នុងតំបន់នេះ។

ថាមពលដែលបានផ្ទេរទៅទីតាំងណាមួយក្នុងលំហដោយហ្វូតុនគឺតែងតែស្មើនឹង . ដោយហេតុនេះ។ តើប្រូបាប៊ីលីតេនៃការស្វែងរក photon មួយណានៅក្នុងតំបន់ដែលបានផ្តល់ឱ្យ ហើយជាចំនួននៃ photon ។

នៅឆ្នាំ 1921 ការពិសោធន៍ Stern-Gerlach បានបញ្ជាក់ពីវត្តមានរបស់អាតូម ត្រឡប់មកវិញនិងការពិតនៃបរិមាណ spatial នៃទិសដៅនៃគ្រាម៉ាញេទិករបស់ពួកគេ (ពីការបង្វិលភាសាអង់គ្លេស - ដើម្បីបង្វិលបង្វិល។ ) ។ បង្វិល- សន្ទុះជ្រុងខាងក្នុងនៃភាគល្អិតបឋម ដែលមាននិស្ស័យ Quantum និងមិនជាប់ទាក់ទងនឹងចលនានៃភាគល្អិតទាំងមូល។ នៅពេលណែនាំគំនិតនៃការបង្វិល វាត្រូវបានគេសន្មត់ថាអេឡិចត្រុងអាចត្រូវបានចាត់ទុកថាជា "កំពូលបង្វិល" ហើយការបង្វិលរបស់វាជាលក្ខណៈនៃការបង្វិលបែបនេះ។ Spin ក៏​ជា​ឈ្មោះ​ដែល​ត្រូវ​បាន​ផ្តល់​ឱ្យ​ទៅ​សន្ទុះ​ជ្រុង​ខាងក្នុង​នៃ​ស្នូល​អាតូម ឬ​អាតូម; ក្នុងករណីនេះ ការបង្វិលត្រូវបានកំណត់ជាផលបូកវ៉ិចទ័រ (គណនាយោងទៅតាមច្បាប់សម្រាប់ការបន្ថែមគ្រានៅក្នុងមេកានិចកង់ទិច) នៃការវិលនៃភាគល្អិតបឋមបង្កើតប្រព័ន្ធ និងគ្រាគន្លងនៃភាគល្អិតទាំងនេះ ដោយសារតែចលនារបស់ពួកគេនៅក្នុង ប្រព័ន្ធ។

ការបង្វិលត្រូវបានវាស់ជាឯកតា (កាត់បន្ថយថេរ Planck ឬថេរ Dirac) ហើយស្មើនឹង , ដែល ជ- ចំនួនគត់ (រាប់បញ្ចូលទាំងសូន្យ) ឬពាក់កណ្តាលចំនួនគត់វិជ្ជមាន លក្ខណៈនៃប្រភេទនីមួយៗនៃភាគល្អិត - បង្វិលលេខ Quantumដែលជាធម្មតាត្រូវបានគេហៅថាសាមញ្ញ វិល (មួយក្នុងចំណោមលេខ quantum) ។ ក្នុងន័យនេះ ពួកគេនិយាយអំពីការបង្វិលទាំងមូល ឬពាក់កណ្តាលចំនួនគត់នៃភាគល្អិតមួយ។ ទោះជាយ៉ាងណាក៏ដោយ គោលគំនិតនៃចំនួនលេខ វិល និង វិលជុំ មិនត្រូវច្រឡំឡើយ។ ចំនួន spin quantum គឺជាលេខ Quantum ដែលកំណត់តម្លៃវិលនៃប្រព័ន្ធ Quantum (អាតូម អ៊ីយ៉ុង អាតូម ស្នូល ម៉ូលេគុល) ពោលគឺ សន្ទុះមុំរបស់វា (ខាងក្នុង) ។ ការព្យាករនៃការបង្វិលទៅលើទិសដៅថេរណាមួយ z ក្នុងលំហអាចទទួលយកតម្លៃ ជ , J-1, ... , -J ។ដូច្នេះភាគល្អិតជាមួយនឹងការបង្វិល ជប្រហែលជានៅក្នុង 2J+1រដ្ឋបង្វិល (នៅ ជ= 1/2 - នៅក្នុងរដ្ឋពីរ) ដែលស្មើនឹងវត្តមាននៃកម្រិតផ្ទៃក្នុងបន្ថែមនៃសេរីភាព។

ធាតុសំខាន់មេកានិចកង់ទិចគឺ គោលការណ៍មិនប្រាកដប្រជារបស់ Heisenbergដែលនិយាយថា វាមិនអាចទៅរួចទេក្នុងការកំណត់ទីតាំងនៃភាគល្អិតក្នុងលំហ និងសន្ទុះរបស់វាក្នុងពេលដំណាលគ្នាបានត្រឹមត្រូវ។ គោលការណ៍នេះពន្យល់អំពីបរិមាណនៃពន្លឺ ក៏ដូចជាការពឹងផ្អែកសមាមាត្រនៃថាមពល photon លើប្រេកង់របស់វា។

ចលនានៃហ្វូតុនអាចត្រូវបានពិពណ៌នាដោយប្រព័ន្ធសមីការរបស់ Maxwell ខណៈពេលដែលសមីការនៃចលនានៃភាគល្អិតបឋមផ្សេងទៀតដូចជាអេឡិចត្រុងត្រូវបានពិពណ៌នាដោយសមីការ Schrödinger ដែលមានលក្ខណៈទូទៅជាង។

ប្រព័ន្ធសមីការរបស់ Maxwell គឺមិនប្រែប្រួលនៅក្រោមការផ្លាស់ប្តូរ Lorentz ។ ការផ្លាស់ប្តូរ Lorentzនៅក្នុងទ្រឹស្ដីពិសេសនៃទំនាក់ទំនងត្រូវបានគេហៅថាការបំប្លែងដែលកូអរដោនេនៃលំហអាកាសត្រូវបានទទួលរង (x,y,z,t)ព្រឹត្តិការណ៍នីមួយៗក្នុងអំឡុងពេលផ្លាស់ប្តូរពីស៊ុម inertial នៃសេចក្តីយោងទៅមួយផ្សេងទៀត។ សរុបមក ការបំប្លែងទាំងនេះ គឺជាការបំប្លែងមិនត្រឹមតែនៅក្នុងលំហ ដូចជាការបំប្លែងរបស់ Galileo ប៉ុណ្ណោះទេ ប៉ុន្តែក៏មាននៅក្នុងពេលវេលាផងដែរ។

ជំពូក II . គោលគំនិត និងគោលការណ៍ជាមូលដ្ឋាននៃការគណនាកង់ទិច

ទោះបីជាកុំព្យូទ័រមានទំហំតូច និងលឿនជាងមុនច្រើនក៏ដោយ ប៉ុន្តែកិច្ចការខ្លួនឯងនៅតែដដែល៖ រៀបចំបណ្តុំនៃប៊ីត និងបកស្រាយលំដាប់នោះជាលទ្ធផលគណនាដែលមានប្រយោជន៍។ ប៊ីតគឺជាឯកតាមូលដ្ឋាននៃព័ត៌មាន ដែលជាធម្មតាត្រូវបានតំណាងជា 0 ឬ 1 នៅក្នុងកុំព្យូទ័រឌីជីថលរបស់អ្នក។ ប៊ីតបុរាណនីមួយៗត្រូវបានដឹងដោយប្រព័ន្ធរូបវិទ្យាម៉ាក្រូស្កូប ដូចជាការពង្រីកមេដែកនៅលើថាសរឹង ឬបន្ទុកលើកុងទ័រ។ ជាឧទាហរណ៍ អត្ថបទដែលផ្សំឡើងពី នតួអក្សរ និងរក្សាទុកនៅលើដ្រាយវ៍រឹងរបស់កុំព្យូទ័រធម្មតាត្រូវបានពិពណ៌នាដោយខ្សែអក្សរ ៨ នសូន្យ និងមួយ។ នេះគឺជាកន្លែងដែលភាពខុសគ្នាជាមូលដ្ឋានរវាងកុំព្យូទ័របុរាណរបស់អ្នក និងកុំព្យូទ័រ quantum ស្ថិតនៅ។ ខណៈពេលដែលកុំព្យូទ័របុរាណគោរពច្បាប់ដែលយល់ច្បាស់នៃរូបវិទ្យាបុរាណនោះ កុំព្យូទ័រឃ្វានតុំគឺជាឧបករណ៍ដែលទាញយកបាតុភូតមេកានិចកង់ទិច (ជាពិសេស ការជ្រៀតជ្រែកកង់ទិច) ដើម្បីអនុវត្តទាំងស្រុង វិធីថ្មី។ដំណើរការព័ត៌មាន។

នៅក្នុងកុំព្យូទ័រ quantum ឯកតាព័ត៌មានមូលដ្ឋាន (ហៅថា quantum bit ឬ គូប៊ីត) មិនមែនជាគោលពីរទេ ប៉ុន្តែជាបួនជ្រុងនៅក្នុងធម្មជាតិ។ ទ្រព្យសម្បត្តិរបស់ qubit នេះកើតឡើងជាលទ្ធផលផ្ទាល់នៃការអនុលោមតាមច្បាប់នៃមេកានិចកង់ទិច ដែលខុសពីច្បាប់នៃរូបវិទ្យាបុរាណ។ qubit អាចមានមិនត្រឹមតែនៅក្នុងរដ្ឋដែលត្រូវគ្នានឹងឡូជីខល 0 ឬ 1 ដូចជាប៊ីតបុរាណប៉ុណ្ណោះទេ ប៉ុន្តែក៏មាននៅក្នុងរដ្ឋដែលត្រូវគ្នានឹងការលាយបញ្ចូលគ្នា ឬ superpositionsរដ្ឋបុរាណទាំងនេះ។ ម្យ៉ាងវិញទៀត qubit អាចមានជាសូន្យ ជាមួយ និងទាំង 0 និង 1។ ក្នុងករណីនេះ អ្នកអាចបញ្ជាក់មេគុណលេខជាក់លាក់ដែលតំណាងឱ្យប្រូបាប៊ីលីតេនៃការស្ថិតនៅក្នុងរដ្ឋនីមួយៗ។

គំនិតអំពីលទ្ធភាពនៃការកសាងកុំព្យូទ័រ quantum ត្រឡប់ទៅការងាររបស់ R. Feynman ក្នុង 1982-1986 ។ ដោយពិចារណាលើសំណួរនៃការគណនាការវិវត្តនៃប្រព័ន្ធ quantum នៅលើកុំព្យូទ័រឌីជីថល Feynman បានរកឃើញ "មិនអាចដោះស្រាយបាន" នៃបញ្ហានេះ៖ វាប្រែថាធនធានអង្គចងចាំ និងល្បឿននៃម៉ាស៊ីនបុរាណមិនគ្រប់គ្រាន់ដើម្បីដោះស្រាយបញ្ហាកង់ទិច។ ឧទាហរណ៍ប្រព័ន្ធនៃ នភាគល្អិតកង់ទិចដែលមានរដ្ឋពីរ (វិល 1/2 ) វា​មាន 2 នរដ្ឋមូលដ្ឋាន; ដើម្បីពិពណ៌នា វាចាំបាច់ត្រូវបញ្ជាក់ (និងសរសេរទៅក្នុងអង្គចងចាំកុំព្យូទ័រ) 2 នទំហំនៃរដ្ឋទាំងនេះ។ ដោយផ្អែកលើលទ្ធផលអវិជ្ជមាននេះ Feynman បានផ្តល់យោបល់ថាវាទំនងជាថា "កុំព្យូទ័រកង់ទិច" នឹងមានលក្ខណៈសម្បត្តិដែលអាចឱ្យវាដោះស្រាយបញ្ហាកង់ទិចបាន។

កុំព្យូទ័រ "បុរាណ" ត្រូវបានបង្កើតឡើងនៅលើសៀគ្វីត្រង់ស៊ីស្ទ័រដែលមានទំនាក់ទំនងមិនមែនលីនេអ៊ែររវាងវ៉ុលបញ្ចូល និងទិន្នផល។ ពួកវាជាធាតុដែលអាចបំប្លែងបានយ៉ាងសំខាន់; ឧទាហរណ៍នៅពេលដែលវ៉ុលបញ្ចូលទាប (ឡូជីខល "0") វ៉ុលបញ្ចូលគឺខ្ពស់ (ឡូជីខល "1") និងច្រាសមកវិញ។ នៅក្នុងពិភព quantum សៀគ្វីត្រង់ស៊ីស្ទ័រ bistable បែបនេះអាចប្រៀបធៀបទៅនឹងភាគល្អិត quantum ពីរកម្រិត៖ យើងកំណត់តម្លៃនៃ logical ទៅ state, state, - តម្លៃប៊ូលីន។ ការផ្លាស់ប្តូរនៅក្នុងសៀគ្វីត្រង់ស៊ីស្ទ័រ bistable នៅទីនេះនឹងត្រូវគ្នាទៅនឹងការផ្លាស់ប្តូរពីកម្រិតមួយទៅកម្រិតមួយ៖ . ទោះយ៉ាងណាក៏ដោយ ធាតុ quantum bistable ដែលហៅថា qubit មានថ្មី បើប្រៀបធៀបទៅនឹងលក្ខណៈបុរាណនៃ superposition នៃរដ្ឋ៖ វាអាចស្ថិតនៅក្នុងស្ថានភាព superposition ណាមួយ ដែលមានចំនួនកុំផ្លិច។ . រដ្ឋនៃប្រព័ន្ធ Quantum ពី ទំភាគល្អិតពីរកម្រិតជាទូទៅមានទម្រង់ជា superposition 2 ន លក្ខខណ្ឌមូលដ្ឋាន . ទីបំផុត គោលការណ៍ quantum នៃ superposition of states ធ្វើឱ្យវាអាចផ្តល់ "សមត្ថភាព" ជាមូលដ្ឋានដល់កុំព្យូទ័រ quantum ។

វាត្រូវបានបញ្ជាក់ថា កុំព្យូទ័រ quantum អាចត្រូវបានបង្កើតឡើងពីធាតុពីរ (gates): ធាតុមួយ-qubit និង two-qubit controlled NOT element (CNOT)។ ម៉ាទ្រីស 2x2ធាតុមានទម្រង់៖

(1)

ច្រកទ្វារពិពណ៌នាអំពីការបង្វិលវ៉ិចទ័ររដ្ឋ qubit ពីអ័ក្ស z ទៅអ័ក្សប៉ូលដែលបានបញ្ជាក់ដោយមុំ . ប្រសិនបើជាលេខមិនសមហេតុផល នោះដោយប្រើវ៉ិចទ័រស្ថានភាពអាចត្រូវបានផ្តល់ទិសដៅដែលបានកំណត់ទុកជាមុនណាមួយ។ នេះគឺជា "សកល" នៃច្រកទ្វារតែមួយក្នុងទម្រង់ (1) ។ ក្នុងករណីជាក់លាក់មួយ យើងទទួលបានធាតុឡូជីខល qubit តែមួយ NOT (NO)៖ NOT=, NOT=។ នៅពេលអនុវត្តធាតុមួយដោយរាងកាយ វាមិនចាំបាច់ក្នុងការជះឥទ្ធិពលលើភាគល្អិត quantum (qubit) ជាមួយនឹងជីពចរខាងក្រៅដែលផ្ទេរ qubit ពីរដ្ឋមួយទៅរដ្ឋមួយទៀតនោះទេ។ ច្រក NOT ដែលត្រូវបានគ្រប់គ្រងត្រូវបានប្រតិបត្តិដោយឥទ្ធិពលនៃ qubits អន្តរកម្មពីរ: ក្នុងករណីនេះ តាមរយៈអន្តរកម្ម មួយ qubit គ្រប់គ្រងការវិវត្តរបស់មួយផ្សេងទៀត។ ការផ្លាស់ប្តូរនៅក្រោមឥទ្ធិពលនៃជីពចរខាងក្រៅត្រូវបានគេស្គាល់យ៉ាងច្បាស់នៅក្នុង spectroscopy អនុភាពម៉ាញ៉េទិចរបស់ជីពចរ។ សន្ទះបិទបើកមិនឆ្លើយតបទៅនឹងការបង្វិលវិលក្រោមឥទ្ធិពលនៃកម្លាំងរុញច្រាន (ការបង្វិលនៃមេដែកជុំវិញអ័ក្សដោយមុំមួយ) . ច្រក CNOT ត្រូវបានប្រតិបត្តិលើការបង្វិលពីរ 1/2 ជាមួយ Hamiltonian (ការគ្រប់គ្រងការបង្វិល) ។ CNOT ត្រូវបានអនុវត្តជាបីជំហាន៖ កម្លាំងរុញច្រាន + ការឡើងមុនដោយឥតគិតថ្លៃតាមពេលវេលា - កម្លាំងរុញច្រាន។ ប្រសិនបើ (qubit ដែលកំពុងគ្រប់គ្រងស្ថិតនៅក្នុងស្ថានភាព) បន្ទាប់មកស្ថិតនៅក្រោមឥទ្ធិពលដែលបានបញ្ជាក់នោះ qubit ដែលបានគ្រប់គ្រងធ្វើឱ្យមានការផ្លាស់ប្តូរ (ឬ) ប្រសិនបើ (វត្ថុបញ្ជា qubit ស្ថិតនៅក្នុងស្ថានភាព) នោះលទ្ធផលនៃការវិវត្តនៃ qubit ដែលបានគ្រប់គ្រងនឹងខុសគ្នា៖ () ។ ដូច្នេះ ការបង្វិលមានការវិវឌ្ឍខុសគ្នានៅ ៖ នៅទីនេះគឺជាស្ថានភាពនៃ qubit ដែលគ្រប់គ្រង។

នៅពេលពិចារណាលើសំណួរនៃការអនុវត្ត quantum computer នៅលើប្រព័ន្ធ quantum ជាក់លាក់ លទ្ធភាព និងលក្ខណៈសម្បត្តិនៃបឋមសិក្សា NOT និង controlled NOT gates ត្រូវបានពិនិត្យជាមុនសិន។

សម្រាប់អ្វីដែលដូចខាងក្រោម វាក៏មានប្រយោជន៍ផងដែរក្នុងការណែនាំការបំប្លែង Hadamard មួយគូប៊ីត៖

នៅក្នុងបច្ចេកវិទ្យាម៉ាញេទិក វ៉ាល់ទាំងនេះត្រូវបានអនុវត្តដោយជីពចរ៖

ដ្យាក្រាមនៃកុំព្យូទ័រ quantum ត្រូវបានបង្ហាញក្នុងរូប។ មុនពេលកុំព្យូទ័រចាប់ផ្តើមដំណើរការ រាល់ qubits (ភាគល្អិតកង់ទិច) ត្រូវតែបញ្ចូលទៅក្នុងស្ថានភាព ពោលគឺឧ។ ដល់ស្ថានភាពដី។ លក្ខខណ្ឌនេះនៅក្នុងខ្លួនវាមិនមែនជារឿងតូចតាចទេ។

វាទាមទារទាំងការត្រជាក់ជ្រៅ (ទៅសីតុណ្ហភាពតាមលំដាប់នៃមីលីគែលវីន) ឬការប្រើប្រាស់វិធីសាស្ត្រប៉ូល ប្រព័ន្ធ ទំ qubits នៅក្នុងស្ថានភាពមួយអាចត្រូវបានចាត់ទុកថាជាការចុះឈ្មោះអង្គចងចាំដែលបានរៀបចំសម្រាប់ការកត់ត្រាទិន្នន័យបញ្ចូល និងអនុវត្តការគណនា។ បន្ថែមពីលើការចុះឈ្មោះនេះ ជាធម្មតាវាត្រូវបានសន្មត់ថាមានការចុះឈ្មោះបន្ថែម (ជំនួយ) ដែលចាំបាច់សម្រាប់ការកត់ត្រាលទ្ធផលការគណនាកម្រិតមធ្យម។ ទិន្នន័យត្រូវបានកត់ត្រាដោយឥទ្ធិពលនៃ qubit នីមួយៗនៃកុំព្យូទ័រក្នុងមធ្យោបាយមួយឬមួយផ្សេងទៀត។ អនុញ្ញាតឱ្យយើងសន្មត់ថាការផ្លាស់ប្តូរ Hadamard ត្រូវបានអនុវត្តនៅលើ qubit នីមួយៗនៃការចុះឈ្មោះ:

ជាលទ្ធផលប្រព័ន្ធបានចូលទៅក្នុងស្ថានភាពនៃ superposition ពី 2 ទំរដ្ឋមូលដ្ឋានជាមួយនឹងទំហំ 2 - ន /2 . រដ្ឋមូលដ្ឋាននីមួយៗគឺជាលេខគោលពីរពីទៅ . បន្ទាត់ផ្តេកក្នុងរូបបង្ហាញពីអ័ក្សពេលវេលា។

ការប្រតិបត្តិនៃក្បួនដោះស្រាយត្រូវបានសម្រេចដោយការបំប្លែង superposition ឯកតា។ គឺជាម៉ាទ្រីសឯកតានៃវិមាត្រ 2 ទំ។នៅពេលអនុវត្តជាក់ស្តែងតាមរយៈឥទ្ធិពលជីពចរលើ qubits ពីខាងក្រៅ ម៉ាទ្រីសត្រូវតែត្រូវបានតំណាងជាផលិតផលវ៉ិចទ័រនៃម៉ាទ្រីសនៃវិមាត្រ 2 និង . ក្រោយមកទៀតអាចត្រូវបានអនុវត្តដោយឥទ្ធិពលជាបន្តបន្ទាប់នៃ qubits តែមួយ ឬគូ qubits :

ចំនួនកត្តានៅក្នុងការពង្រីកនេះកំណត់រយៈពេល (និងភាពស្មុគស្មាញ) នៃការគណនា។ អ្វីគ្រប់យ៉ាងនៅក្នុង (3) ត្រូវបានអនុវត្តដោយប្រើប្រតិបត្តិការ NOT, CNOT, H (ឬការប្រែប្រួលរបស់ពួកគេ) ។

វាគួរឱ្យកត់សម្គាល់ថាប្រតិបត្តិករឯកតាលីនេអ៊ែរធ្វើសកម្មភាពក្នុងពេលដំណាលគ្នាលើគ្រប់លក្ខខណ្ឌនៃ superposition

លទ្ធផលនៃការគណនាត្រូវបានសរសេរនៅក្នុងបញ្ជីឈ្មោះទំនេរ ដែលស្ថិតក្នុងស្ថានភាពមុនពេលប្រើប្រាស់។ នៅក្នុងដំណើរការគណនាមួយ យើងទទួលបានតម្លៃនៃអនុគមន៍ដែលចង់បាន f សម្រាប់តម្លៃទាំងអស់នៃអាគុយម៉ង់ X = 0,..., 2 ទំ - 1 . បាតុភូតនេះត្រូវបានគេហៅថា quantum parallelism ។

ការវាស់វែងលទ្ធផលនៃការគណនាត្រូវបានកាត់បន្ថយទៅការបញ្ចាំងវ៉ិចទ័រ superposition ក្នុង (4) ទៅលើវ៉ិចទ័រនៃរដ្ឋមូលដ្ឋានមួយ។ :

(5)

នេះមកមួយក្នុងចំណោម ចំណុចខ្សោយ quantum computer: លេខ "ធ្លាក់ចេញ" កំឡុងពេលដំណើរការវាស់វែងយោងទៅតាមច្បាប់នៃឱកាស។ ដើម្បីស្វែងរកការផ្តល់ឱ្យ , វាចាំបាច់ក្នុងការអនុវត្តការគណនានិងការវាស់វែងជាច្រើនដងរហូតដល់វាធ្លាក់ចេញដោយចៃដន្យ .

នៅពេលវិភាគការវិវត្តឯកតានៃប្រព័ន្ធ quantum ដែលអនុវត្តដំណើរការគណនា សារៈសំខាន់នៃដំណើរការរាងកាយដូចជាការជ្រៀតជ្រែកត្រូវបានបង្ហាញ។ ការបំប្លែងឯកតាកើតឡើងនៅក្នុងលំហនៃចំនួនកុំផ្លិច ហើយការបន្ថែមដំណាក់កាលនៃលេខទាំងនេះមានលក្ខណៈនៃការជ្រៀតជ្រែក។ ផលិតភាពនៃការផ្លាស់ប្តូរ Fourier នៅក្នុងបាតុភូតនៃការជ្រៀតជ្រែកនិង spectroscopy ត្រូវបានគេស្គាល់។ វាប្រែថា quantum algorithms តែងតែមាន Fourier transforms។ ការបំប្លែង Hadamard គឺជាការបំប្លែង Fourier ផ្តាច់មុខដ៏សាមញ្ញបំផុត។ Gates នៃប្រភេទ NOT និង CNOT អាចត្រូវបានអនុវត្តដោយផ្ទាល់នៅលើ Mach-Zehnder interferometer ដោយប្រើបាតុភូតនៃការជ្រៀតជ្រែក photon និងការបង្វិលវ៉ិចទ័រប៉ូលរបស់វា។

វិធីជាច្រើនដើម្បីអនុវត្តកុំព្យូទ័រ quantum ឱ្យមានប្រសិទ្ធភាពកំពុងត្រូវបានស្វែងរក។ ការពិសោធន៍គំរូលើការគណនា Quantum ត្រូវបានអនុវត្តលើឧបករណ៍វាស់ស្ទង់ភាពអនុភាពម៉ាញេទិកនុយក្លេអ៊ែរដែលមានជីពចរ។ នៅក្នុងគំរូទាំងនេះ ការបង្វិលពីរឬបី (qubits) ដំណើរការជាឧទាហរណ៍ ការបង្វិលពីរនៃស្នូល 13 C និងការបង្វិលមួយនៃប្រូតុងនៅក្នុងម៉ូលេគុល trichlorethylene

ទោះយ៉ាងណាក៏ដោយ នៅក្នុងការពិសោធន៍ទាំងនេះ កុំព្យូទ័រកង់ទិចគឺជា "ក្រុម"៖ សញ្ញាលទ្ធផលរបស់កុំព្យូទ័រត្រូវបានផ្សំឡើងដោយម៉ូលេគុលមួយចំនួនធំនៅក្នុងដំណោះស្រាយរាវ។ (~ 10 20).

រហូតមកដល់បច្ចុប្បន្ន សំណើត្រូវបានធ្វើឡើងដើម្បីអនុវត្តកុំព្យូទ័រ quantum លើអ៊ីយ៉ុង និងម៉ូលេគុលនៅក្នុងអន្ទាក់ក្នុងកន្លែងទំនេរ លើការបង្វិលនុយក្លេអ៊ែរក្នុងអង្គធាតុរាវ (សូមមើលខាងលើ) លើការបង្វិលនុយក្លេអ៊ែរនៃអាតូម 31 P នៅក្នុងគ្រីស្តាល់ស៊ីលីកុន លើការវិលនៃអេឡិចត្រុងក្នុងបរិមាណ ចំនុចដែលត្រូវបានបង្កើតឡើងនៅក្នុងឧស្ម័នអេឡិចត្រូនិចពីរវិមាត្រនៅក្នុង GaAs heterostructures នៅចំណុចប្រសព្វ Josephson ។ ដូចដែលយើងឃើញហើយ ជាគោលការណ៍ កុំព្យូទ័រ quantum អាចត្រូវបានបង្កើតឡើងនៅលើភាគល្អិតអាតូមិចនៅក្នុងកន្លែងទំនេរ រាវ ឬគ្រីស្តាល់។ ក្នុងករណីនីមួយៗ ឧបសគ្គមួយចំនួនត្រូវតែជម្នះ ប៉ុន្តែក្នុងចំនោមពួកគេមានឧបសគ្គទូទៅមួយចំនួន ដែលកំណត់ដោយគោលការណ៍នៃប្រតិបត្តិការរបស់ qubits នៅក្នុងកុំព្យូទ័រ quantum ។ ចូរកំណត់ភារកិច្ចនៃការបង្កើតកុំព្យូទ័រ quantum ខ្នាតធំដែលមាន 10 3 qubits (ទោះបីជានៅ n = 100 កុំព្យូទ័រ quantum អាចជាឧបករណ៍មានប្រយោជន៍) ។

1. យើងត្រូវស្វែងរកវិធីដើម្បី "ចាប់ផ្តើម" qubits របស់កុំព្យូទ័រចូលទៅក្នុងស្ថានភាព។ សម្រាប់ប្រព័ន្ធបង្វិលនៅក្នុងគ្រីស្តាល់ ការប្រើប្រាស់សីតុណ្ហភាពទាបជ្រុល និងដែនម៉ាញេទិចខ្លាំងបំផុតគឺជាក់ស្តែង។ ការប្រើប្រាស់ប៉ូឡាស្យុងវិលដោយការបូមអាចមានប្រយោជន៍នៅពេលដែលត្រជាក់ និងដែនម៉ាញេទិកខ្ពស់ត្រូវបានអនុវត្តក្នុងពេលដំណាលគ្នា។

សម្រាប់អ៊ីយ៉ុងនៅក្នុងអន្ទាក់បូមធូលី ភាពត្រជាក់ទាបបំផុតនៃអ៊ីយ៉ុង (អាតូម) ត្រូវបានសម្រេចដោយវិធីសាស្ត្រឡាស៊ែរ។ តម្រូវការសម្រាប់ម៉ាស៊ីនត្រជាក់ និងជ្រុលខ្ពស់ក៏ជាក់ស្តែងផងដែរ។

2. វាចាំបាច់ដើម្បីឱ្យមានបច្ចេកវិទ្យាសម្រាប់ការជ្រើសរើសផលប៉ះពាល់នៃជីពចរលើ qubit ដែលបានជ្រើសរើសណាមួយ។ នៅក្នុងវាលនៃប្រេកង់វិទ្យុ និងសំឡេងបង្វិល នេះមានន័យថា ការបង្វិលនីមួយៗត្រូវតែមានប្រេកង់ resonant ផ្ទាល់របស់វា (នៅក្នុងលក្ខខណ្ឌនៃដំណោះស្រាយ spectroscopic) ។ ភាពខុសគ្នានៃប្រេកង់ resonance សម្រាប់ការវិលនៅក្នុងម៉ូលេគុលគឺដោយសារតែការផ្លាស់ប្តូរគីមីសម្រាប់ការវិលនៃអ៊ីសូតូបមួយនិងធាតុមួយ; ភាពខុសគ្នានៃប្រេកង់ចាំបាច់មានសម្រាប់ការវិលនៃស្នូលនៃធាតុផ្សេងៗ។ ទោះយ៉ាងណាក៏ដោយ ធម្មតាណែនាំថាភាពខុសគ្នាដែលផ្តល់ដោយធម្មជាតិទាំងនេះនៅក្នុងប្រេកង់ resonant គឺស្ទើរតែមិនគ្រប់គ្រាន់ដើម្បីធ្វើការជាមួយ 10 3 បង្វិល

វិធីសាស្រ្តដែលមានជោគជ័យកាន់តែច្រើនហាក់ដូចជាអ្នកដែលប្រេកង់ resonant នៃ qubit នីមួយៗអាចត្រូវបានគ្រប់គ្រងពីខាងក្រៅ។ នៅក្នុងសំណើសម្រាប់កុំព្យូទ័រស៊ីលីកុន Quantum, qubit គឺជាការបង្វិលនុយក្លេអ៊ែរនៃអាតូមមិនបរិសុទ្ធ 31 R. ប្រេកង់ resonance ត្រូវបានកំណត់ដោយថេរ។ កអន្តរកម្មខ្ពស់នៃនុយក្លេអ៊ែរ និងអេឡិចត្រុងវិលនៃអាតូម 31 R វាលអគ្គិសនីនៅលើ nanoelectrode ដែលស្ថិតនៅខាងលើអាតូម 31 R ប៉ូលអាតូម និងផ្លាស់ប្តូរថេរ។ ក(រៀងគ្នា, ប្រេកង់ resonant នៃការបង្វិលនុយក្លេអ៊ែរ) ។ ដូច្នេះ វត្តមានរបស់អេឡិចត្រូតបង្កប់ qubit ទៅក្នុងសៀគ្វីអេឡិចត្រូនិច ហើយសម្រួលប្រេកង់ resonant របស់វា។

3. ដើម្បីអនុវត្តប្រតិបត្តិការ CNOT (controlled NOT) អន្តរកម្មរវាង qubits និងទម្រង់គឺចាំបាច់ . អន្តរកម្មបែបនេះកើតឡើងរវាងការវិលនៃស្នូលនៅក្នុងម៉ូលេគុល ប្រសិនបើស្នូលត្រូវបានបំបែកដោយចំណងគីមីមួយ។ ជាគោលការណ៍ វាចាំបាច់ដើម្បីអាចអនុវត្តប្រតិបត្តិការលើគូប៊ីតណាមួយ។ . មានអន្តរកម្មរាងកាយនៃ qubits នៃមាត្រដ្ឋានរ៉ិចទ័រដូចគ្នា និងយោងទៅតាមគោលការណ៍ "ទាំងអស់ជាមួយទាំងអស់" នៅក្នុង បរិស្ថានធម្មជាតិស្ទើរតែអាចធ្វើទៅបាន។ មានតំរូវការជាក់ស្តែងសម្រាប់វិធីមួយដើម្បីលៃតម្រូវបរិយាកាសរវាង qubits ពីខាងក្រៅដោយការណែនាំអេឡិចត្រូតដែលមានសក្តានុពលគ្រប់គ្រង។ នៅក្នុងវិធីនេះ វាអាចបង្កើតជាឧទាហរណ៍ ការត្រួតលើគ្នានៃមុខងាររលកនៃអេឡិចត្រុងនៅក្នុងចំនុច quantum ជិតខាង និងការកើតឡើងនៃអន្តរកម្មនៃទម្រង់រវាងការបង្វិលអេឡិចត្រុង [. ការត្រួតស៊ីគ្នានៃមុខងាររលកនៃអេឡិចត្រុងនៃអាតូម 31 P ដែលនៅជិតគ្នាបណ្តាលឱ្យរូបរាងនៃអន្តរកម្មនៃប្រភេទរវាងការបង្វិលនុយក្លេអ៊ែរ។

ដើម្បីផ្តល់ប្រតិបត្តិការ ដែលជាកន្លែងដែលនិងជា qubits ឆ្ងាយរវាងដែលមិនមានអន្តរកម្មនៃទម្រង់ វាចាំបាច់ត្រូវអនុវត្តនៅក្នុងកុំព្យូទ័រនូវប្រតិបត្តិការនៃការផ្លាស់ប្តូររដ្ឋតាមខ្សែសង្វាក់មួយ ដូច្នេះប្រតិបត្តិការត្រូវបានធានាចាប់តាំងពីរដ្ឋស្របគ្នាជាមួយរដ្ឋ។

4. កំឡុងពេលអនុវត្តការបំប្លែងឯកតាដែលត្រូវនឹងក្បួនដោះស្រាយដែលបានជ្រើសរើសនោះ qubits របស់កុំព្យូទ័រត្រូវបានប៉ះពាល់នឹងឥទ្ធិពលពីបរិស្ថាន។ ជាលទ្ធផល ទំហំ និងដំណាក់កាលនៃបទពិសោធន៍វ៉ិចទ័ររដ្ឋ qubit ផ្លាស់ប្តូរដោយចៃដន្យ - ភាពមិនស៊ីសង្វាក់គ្នា. ជាសំខាន់ decoherence គឺជាការបន្ធូរបន្ថយនៃកម្រិតនៃសេរីភាពនៃភាគល្អិតដែលត្រូវបានប្រើនៅក្នុង qubit ។ ពេលវេលា decoherence គឺស្មើនឹងពេលវេលាសម្រាក។ នៅក្នុងអនុភាពម៉ាញេទិកនុយក្លេអ៊ែរនៅក្នុងអង្គធាតុរាវ ពេលវេលាសម្រាកគឺ 1-10 វិ។ សម្រាប់អ៊ីយ៉ុងនៅក្នុងអន្ទាក់ជាមួយនឹងការផ្លាស់ប្តូរអុបទិករវាងកម្រិត អ៊ី 0និង អ៊ី ១ពេលវេលា decoherence គឺជាពេលវេលានៃការបំភាយដោយឯកឯង និងពេលវេលានៃការប៉ះទង្គិចជាមួយអាតូមដែលនៅសេសសល់។ វាច្បាស់ណាស់ថាការ decoherence គឺជាឧបសគ្គយ៉ាងធ្ងន់ធ្ងរចំពោះ quantum computing៖ ដំណើរការគណនាដែលបានចាប់ផ្តើមទទួលបានលក្ខណៈពិសេសនៃភាពចៃដន្យបន្ទាប់ពីពេលវេលា decoherence បានកន្លងផុតទៅ។ ទោះយ៉ាងណាក៏ដោយ វាអាចទៅរួចដើម្បីសម្រេចបាននូវដំណើរការគណនាកង់ទិចដែលមានស្ថេរភាពសម្រាប់រយៈពេលយូរតាមអំពើចិត្ត m> ma ប្រសិនបើការសរសេរកូដ Quantum និងវិធីសាស្ត្រកែកំហុស (ដំណាក់កាល និងទំហំ) ត្រូវបានប្រើជាប្រព័ន្ធ។ វាត្រូវបានបង្ហាញថាជាមួយនឹងតម្រូវការទាបសម្រាប់ការប្រតិបត្តិដោយគ្មានកំហុសនៃប្រតិបត្តិការបឋមដូចជា NOT និង CNOT (ប្រូបាប៊ីលីតេនៃកំហុសមិនលើសពី 10 -5) វិធីសាស្ត្រកែតម្រូវកំហុស Quantum (QEC) ធានានូវប្រតិបត្តិការប្រកបដោយស្ថេរភាពនៃកុំព្យូទ័រ quantum ។

វាក៏អាចធ្វើទៅបានដើម្បីទប់ស្កាត់យ៉ាងសកម្មដំណើរការ decoherence ប្រសិនបើការវាស់វែងតាមកាលកំណត់ត្រូវបានអនុវត្តនៅលើប្រព័ន្ធ qubits ។ ការវាស់វែងទំនងជានឹងរកឃើញភាគល្អិតនៅក្នុងស្ថានភាព "ត្រឹមត្រូវ" ហើយការផ្លាស់ប្តូរចៃដន្យតូចៗនៅក្នុងវ៉ិចទ័ររដ្ឋនឹងដួលរលំកំឡុងពេលវាស់ (ឥទ្ធិពល Quantum Zeno) ។ ទោះជាយ៉ាងណាក៏ដោយ វាពិបាកក្នុងការនិយាយថាតើបច្ចេកទេសបែបនេះអាចមានប្រយោជន៍ប៉ុណ្ណា ដោយសារការវាស់វែងបែបនេះអាចប៉ះពាល់ដល់ដំណើរការគណនា និងរំខានវា។

5. ស្ថានភាពនៃ qubits បន្ទាប់ពីការបញ្ចប់នៃដំណើរការគណនាត្រូវតែត្រូវបានវាស់វែងដើម្បីកំណត់លទ្ធផលនៃការគណនា។ សព្វថ្ងៃនេះមិនមានបច្ចេកវិទ្យាស្ទាត់ជំនាញសម្រាប់ការវាស់វែងបែបនេះទេ។ ទោះជាយ៉ាងណាក៏ដោយផ្លូវទៅរកការស្វែងរកបច្ចេកវិទ្យាបែបនេះគឺជាក់ស្តែង: វាចាំបាច់ក្នុងការប្រើវិធីសាស្រ្ត amplification ក្នុងការវាស់វែងបរិមាណ។ ឧទហរណ៍ រដ្ឋបង្វិលនុយក្លេអ៊ែរត្រូវបានផ្ទេរទៅអេឡិចត្រុងវិល; មុខងាររលកគន្លងគឺអាស្រ័យលើក្រោយ; ដោយដឹងពីមុខងាររលកគន្លង វាអាចធ្វើទៅបានដើម្បីរៀបចំការផ្ទេរបន្ទុក (អ៊ីយ៉ូដ); វត្តមាន ឬអវត្តមាននៃបន្ទុកលើអេឡិចត្រុងតែមួយ អាចត្រូវបានរកឃើញដោយវិធីសាស្ត្រអេឡិចត្រូម៉ែត្របុរាណ។ វិធីសាស្ត្រមីក្រូទស្សន៍ដោយកម្លាំងស៊ើបអង្កេតប្រហែលជានឹងដើរតួយ៉ាងសំខាន់ក្នុងការវាស់វែងទាំងនេះ។

រហូតមកដល់បច្ចុប្បន្ន ក្បួនដោះស្រាយ quantum ត្រូវបានគេរកឃើញ ដែលនាំទៅរកការបង្កើនល្បឿននៃការគណនា បើប្រៀបធៀបទៅនឹងការគណនានៅលើកុំព្យូទ័របុរាណ។ ទាំងនេះរួមបញ្ចូលក្បួនដោះស្រាយរបស់ Shor សម្រាប់កំណត់កត្តាសំខាន់នៃលេខធំ (ច្រើនខ្ទង់)។ បញ្ហាគណិតវិទ្យាសុទ្ធសាធនេះគឺទាក់ទងយ៉ាងជិតស្និទ្ធទៅនឹងជីវិតរបស់សង្គម ចាប់តាំងពីកូដអ៊ិនគ្រីបទំនើបត្រូវបានបង្កើតឡើងនៅលើ "មិនអាចគណនាបាន" នៃកត្តាបែបនេះ។ វា​ជា​កាលៈទេសៈ​នេះ​ហើយ​ដែល​បង្ក​ឱ្យ​មាន​អារម្មណ៍​មួយ​នៅ​ពេល​ដែល​ក្បួន​ដោះស្រាយ​របស់ Shor ត្រូវ​បាន​រក​ឃើញ។ វាមានសារៈសំខាន់សម្រាប់អ្នករូបវិទ្យាដែលដំណោះស្រាយនៃបញ្ហា quantum (ការដោះស្រាយសមីការ Schrödinger សម្រាប់ប្រព័ន្ធភាគល្អិតជាច្រើន) ត្រូវបានពន្លឿនដោយអិចស្ប៉ូណង់ស្យែល ប្រសិនបើកុំព្យូទ័រ quantum ត្រូវបានប្រើប្រាស់។

ជាចុងក្រោយ វាមានសារៈសំខាន់ខ្លាំងណាស់ដែលនៅក្នុងវគ្គសិក្សានៃការស្រាវជ្រាវទៅលើបញ្ហាកុំព្យូទ័រកង់ទិច បញ្ហាចម្បងនៃរូបវិទ្យា quantum ត្រូវបានទទួលរងនូវការវិភាគថ្មី និងការផ្ទៀងផ្ទាត់ពិសោធន៍៖ បញ្ហានៃមូលដ្ឋាន ការពិត ការបំពេញបន្ថែម ប៉ារ៉ាម៉ែត្រលាក់កំបាំង ការដួលរលំមុខងាររលក។

គំនិតនៃការគណនា Quantum និងការទំនាក់ទំនង Quantum បានកើតឡើងមួយរយឆ្នាំបន្ទាប់ពីកំណើតនៃគំនិតដើមនៃរូបវិទ្យា Quantum ។ លទ្ធភាពនៃការកសាងកុំព្យូទ័រ quantum និងប្រព័ន្ធទំនាក់ទំនងត្រូវបានបង្ហាញដោយការសិក្សាទ្រឹស្តី និងពិសោធន៍ដែលបានបញ្ចប់រហូតមកដល់បច្ចុប្បន្ន។ រូបវិទ្យា Quantum គឺ "គ្រប់គ្រាន់" សម្រាប់ការរចនាកុំព្យូទ័រ quantum ដោយផ្អែកលើ "មូលដ្ឋានធាតុ" ផ្សេងៗ។ កុំព្យូទ័រ Quantum ប្រសិនបើពួកគេអាចបង្កើតបាន នឹងក្លាយជាបច្ចេកវិទ្យានៃសតវត្សទី 21 ។ ការផលិតរបស់ពួកគេនឹងទាមទារការបង្កើត និងអភិវឌ្ឍបច្ចេកវិទ្យាថ្មីៗនៅកម្រិតណាណូម៉ែត្រ និងអាតូមិក។ ការងារនេះអាចចំណាយពេលច្រើនទសវត្សរ៍។ ការសាងសង់កុំព្យូទ័រ quantum នឹងក្លាយជាការបញ្ជាក់មួយផ្សេងទៀតនៃគោលការណ៍នៃភាពមិនចេះអស់នៃធម្មជាតិ៖ ធម្មជាតិមានមធ្យោបាយដើម្បីបំពេញកិច្ចការណាមួយដែលបង្កើតឡើងដោយមនុស្សត្រឹមត្រូវ។

នៅក្នុងកុំព្យូទ័រធម្មតា ព័ត៌មានត្រូវបានអ៊ិនកូដជាលំដាប់នៃប៊ីត ហើយប៊ីតទាំងនេះត្រូវបានដំណើរការតាមលំដាប់លំដោយដោយ Boolean logic gates ដើម្បីបង្កើតលទ្ធផលដែលចង់បាន។ ស្រដៀងគ្នានេះដែរ កុំព្យូទ័រកង់ទិចដំណើរការ qubits ដោយអនុវត្តលំដាប់នៃប្រតិបត្តិការនៅលើ quantum logic gates ដែលនីមួយៗតំណាងឱ្យការបំប្លែងឯកតាដែលធ្វើសកម្មភាពលើ qubit តែមួយ ឬគូ qubits ។ តាមរយៈការអនុវត្តការបំប្លែងទាំងនេះជាលំដាប់ កុំព្យូទ័រ quantum អាចធ្វើការបំប្លែងឯកតាដ៏ស្មុគស្មាញលើសំណុំ qubits ទាំងមូលដែលបានរៀបចំក្នុងស្ថានភាពដំបូងមួយចំនួន។ បន្ទាប់ពីនេះអ្នកអាចធ្វើការវាស់វែងនៅលើ qubits ដែលនឹងផ្តល់លទ្ធផលចុងក្រោយនៃការគណនា។ ភាពស្រដៀងគ្នាទាំងនេះនៅក្នុងការគណនារវាងកុំព្យូទ័រ quantum និងកុំព្យូទ័របុរាណ បានបង្ហាញថា យ៉ាងហោចណាស់តាមទ្រឹស្តី កុំព្យូទ័របុរាណអាចចម្លងប្រតិបត្តិការរបស់ quantum computer យ៉ាងពិតប្រាកដ។ ម្យ៉ាងវិញទៀត កុំព្យូទ័របុរាណអាចធ្វើអ្វីៗគ្រប់យ៉ាងដែលកុំព្យូទ័រ quantum អាចធ្វើបាន។ ចុះហេតុអី្វបានជាច្របូកច្របល់ជាមួយ quantum computer? ចំនុចនោះគឺថា ទោះបីជាតាមទ្រឹស្ដីកុំព្យូទ័របុរាណអាចក្លែងធ្វើកុំព្យូទ័រ Quantum ក៏ដោយ ក៏វាគ្មានប្រសិទ្ធភាពខ្លាំងដែរ ដូច្នេះហើយការអនុវត្តន៍កុំព្យូទ័របុរាណមិនអាចដោះស្រាយបញ្ហាជាច្រើនដែលកុំព្យូទ័រ quantum អាចធ្វើបាននោះទេ។ ការក្លែងធ្វើកុំព្យូទ័រ quantum នៅលើកុំព្យូទ័របុរាណ គឺជាបញ្ហាពិបាកគណនា ពីព្រោះទំនាក់ទំនងរវាង quantum bits មានគុណភាពខុសពីការជាប់ទាក់ទងគ្នារវាង classic bits ដូចដែលបានបង្ហាញដំបូងដោយ John Bell ។ ជាឧទាហរណ៍ យើងអាចយកប្រព័ន្ធមួយត្រឹមតែពីរបីរយ qubits ប៉ុណ្ណោះ។ វាមាននៅក្នុងលំហ Hilbert ជាមួយនឹងវិមាត្រ ~10 90 , ដែលនឹងតម្រូវឱ្យធ្វើគំរូជាមួយកុំព្យូទ័របុរាណ ការប្រើប្រាស់ម៉ាទ្រីសធំអិចស្ប៉ូណង់ស្យែល (ដើម្បីអនុវត្តការគណនាសម្រាប់រដ្ឋនីមួយៗដែលត្រូវបានពិពណ៌នាដោយម៉ាទ្រីសផងដែរ)។ នេះមានន័យថាកុំព្យូទ័របុរាណនឹងចំណាយពេលច្រើនអិចស្ប៉ូណង់ស្យែលបើប្រៀបធៀបទៅនឹងកុំព្យូទ័រ quantum បុព្វកាល។

Richard Feynman គឺជាមនុស្សដំបូងគេដែលទទួលស្គាល់សក្តានុពលនៃ quantum superposition ដើម្បីដោះស្រាយបញ្ហាបែបនេះកាន់តែលឿន។ ជាឧទាហរណ៍ ប្រព័ន្ធនៃ 500 qubits ដែលស្ទើរតែមិនអាចធ្វើគំរូតាមបែបបុរាណ គឺជាកម្រិតកំពូលនៃ quantum ។ 2 500 រដ្ឋ។ តម្លៃនីមួយៗនៃ superposition បែបនេះគឺមានលក្ខណៈបុរាណស្មើនឹងបញ្ជីនៃ 500 និងសូន្យ។ ប្រតិបត្តិការ quantum ណាមួយនៅលើប្រព័ន្ធបែបនេះ ឧទាហរណ៍ ជីពចរនៃរលកវិទ្យុដែលអាចដំណើរការប្រតិបត្តិការ NOT ដែលត្រូវបានគ្រប់គ្រងដោយនិយាយថា qubits ទី 100 និង 101 នឹងប៉ះពាល់ក្នុងពេលដំណាលគ្នា 2 500 រដ្ឋ។ ដូច្នេះ ក្នុង​សញ្ញា​ធីក​មួយ​នៃ​នាឡិកា​កុំព្យូទ័រ ប្រតិបត្តិការ quantum មិន​គណនា​ស្ថានភាព​ម៉ាស៊ីន​មួយ ដូច​កុំព្យូទ័រ​ធម្មតា​ទេ ប៉ុន្តែ 2 500 រដ្ឋភ្លាម! ទោះបីជាយ៉ាងណាក៏ដោយ នៅទីបំផុតការវាស់វែងមួយត្រូវបានធ្វើឡើងនៅលើប្រព័ន្ធ qubits ហើយប្រព័ន្ធនឹងដួលរលំទៅជាស្ថានភាពកង់ទិចតែមួយដែលត្រូវនឹងដំណោះស្រាយតែមួយចំពោះបញ្ហា សំណុំតែមួយនៃ 500 និងសូន្យ ដូចដែលកំណត់ដោយអ័ក្សរង្វាស់នៃមេកានិចកង់ទិច។ នេះគឺជាលទ្ធផលដ៏គួរឱ្យរំភើបមួយ ចាប់តាំងពីដំណោះស្រាយនេះ ត្រូវបានរកឃើញដោយដំណើរការសមូហភាពនៃការគណនាប៉ារ៉ាឡែល quantum ជាមួយនឹងប្រភពដើមរបស់វានៅក្នុង superposition គឺស្មើនឹងប្រតិបត្តិការដូចគ្នានៅលើ supercomputer បុរាណជាមួយ ~ 10 150 ដំណើរការដាច់ដោយឡែក (ដែលជាការពិតណាស់គឺមិនអាចទៅរួចទេ) !! ជាការពិតណាស់ អ្នកស្រាវជ្រាវដំបូងគេក្នុងវិស័យនេះ ត្រូវបានបំផុសគំនិតដោយលទ្ធភាពដ៏មហិមាបែបនេះ ដូច្នេះហើយការស្វែងរកបញ្ហាដែលសមរម្យសម្រាប់ថាមពលកុំព្យូទ័របែបនេះបានចាប់ផ្តើមឆាប់ៗនេះ។ Peter Shor អ្នកស្រាវជ្រាវ និងអ្នកវិទ្យាសាស្ត្រកុំព្យូទ័រនៅ Bell Laboratories របស់ AT&T ក្នុងរដ្ឋ New Jersey បានស្នើបញ្ហាមួយដែលអាចដោះស្រាយបាននៅលើកុំព្យូទ័រ quantum និងដោយប្រើ quantum algorithm's Shor ប្រើថាមពលនៃ quantum superposition ដើម្បីរាប់លេខធំ (តាមលំដាប់លំដោយ ~ 10,200 ប៊ីត ឬច្រើនជាងនេះ) ទៅជាកត្តាក្នុងរយៈពេលពីរបីវិនាទី បញ្ហានេះមានកម្មវិធីជាក់ស្តែងសំខាន់ៗសម្រាប់ការអ៊ិនគ្រីប ដែលក្បួនដោះស្រាយការអ៊ិនគ្រីបដែលទទួលយកជាទូទៅ (និងល្អបំផុត) ដែលគេស្គាល់ថាជា RSA គឺផ្អែកយ៉ាងជាក់លាក់លើភាពស្មុគស្មាញនៃកត្តាផ្សំធំ។ ដែលដោះស្រាយបញ្ហានេះបានយ៉ាងងាយស្រួល គឺជាការចាប់អារម្មណ៍យ៉ាងខ្លាំងចំពោះស្ថាប័នរដ្ឋាភិបាលជាច្រើនដែលប្រើប្រាស់ RSA ដែលរហូតមកដល់ពេលនេះត្រូវបានចាត់ទុកថា "មិនអាច hacked" ហើយចំពោះនរណាម្នាក់ដែលចាប់អារម្មណ៍លើសុវត្ថិភាពនៃទិន្នន័យរបស់ពួកគេ។

ទោះជាយ៉ាងណាក៏ដោយ ការអ៊ិនគ្រីបគឺជាកម្មវិធីតែមួយគត់ដែលអាចធ្វើទៅបាននៃកុំព្យូទ័រ quantum ។ Shor បានបង្កើតសំណុំនៃប្រតិបត្តិការគណិតវិទ្យាទាំងមូលដែលអាចត្រូវបានអនុវត្តទាំងស្រុងលើកុំព្យូទ័រ quantum ។ ប្រតិបត្តិការទាំងនេះមួយចំនួនត្រូវបានប្រើនៅក្នុងក្បួនដោះស្រាយកត្តាកំណត់របស់គាត់។ លើសពីនេះ លោក Feynman បានអះអាងថា កុំព្យូទ័រ quantum អាចដើរតួជាឧបករណ៍ក្លែងធ្វើសម្រាប់រូបវិទ្យា Quantum ដែលអាចបើកទ្វារដល់ការរកឃើញជាច្រើននៅក្នុងវិស័យនេះ។ បច្ចុប្បន្ននេះ ថាមពល និងសមត្ថភាពរបស់កុំព្យូទ័រ Quantum គឺជាបញ្ហាចម្បងនៃការប៉ាន់ស្មានទ្រឹស្តី។ ការមកដល់នៃកុំព្យូទ័រ quantum ដំបូងដែលមានមុខងារពិតប្រាកដនឹងនាំមកនូវការអនុវត្តជាក់ស្តែងថ្មីៗ និងគួរឱ្យរំភើបជាច្រើន។

ជំពូក III . ក្បួនដោះស្រាយ Grover

បញ្ហាស្វែងរកមានដូចខាងក្រោម៖ មានមូលដ្ឋានទិន្នន័យដែលមិនមានលំដាប់លំដោយដែលមានធាតុ N ដែលក្នុងនោះមានតែមួយបំពេញលក្ខខណ្ឌដែលបានផ្តល់ឱ្យ - នេះគឺជាធាតុដែលត្រូវស្វែងរក។ ប្រសិនបើធាតុមួយអាចត្រូវបានត្រួតពិនិត្យ នោះការកំណត់ថាតើវាបំពេញតាមលក្ខខណ្ឌដែលត្រូវការឬអត់ គឺជាដំណើរការមួយជំហាន។ ទោះយ៉ាងណាក៏ដោយ មូលដ្ឋានទិន្នន័យគឺដូចជាមិនមានការបញ្ជាទិញនៅក្នុងកន្លែងដើម្បីជួយជ្រើសរើសធាតុមួយ។ ក្បួនដោះស្រាយបុរាណដ៏មានប្រសិទ្ធភាពបំផុតសម្រាប់កិច្ចការនេះគឺពិនិត្យមើលធាតុពីមូលដ្ឋានទិន្នន័យម្តងមួយៗ។ ប្រសិនបើធាតុបំពេញលក្ខខណ្ឌដែលត្រូវការនោះ ការស្វែងរកត្រូវបានបញ្ចប់ ប្រសិនបើមិនមានទេ នោះធាតុត្រូវបានដាក់មួយឡែក ដើម្បីកុំឱ្យវាពិនិត្យម្តងទៀត។ ជាក់ស្តែង ក្បួនដោះស្រាយនេះទាមទារជាមធ្យមនៃធាតុដែលត្រូវត្រួតពិនិត្យ មុនពេលដែលចង់បានត្រូវបានរកឃើញ។

នៅពេលអនុវត្តក្បួនដោះស្រាយនេះ អ្នកអាចប្រើឧបករណ៍ដូចគ្នានឹងករណីបុរាណដែរ ប៉ុន្តែការបញ្ជាក់ការបញ្ចូល និងលទ្ធផលក្នុងទម្រង់ superpositionsរដ្ឋ អ្នកអាចស្វែងរកវត្ថុសម្រាប់ អូ () ជំហានមេកានិចកង់ទិចជំនួស​អោយ អំពី( ន )) ជំហានបុរាណ។ ជំហានមេកានិចកង់ទិចនីមួយៗមានប្រតិបត្តិការឯកតាបឋម ដែលយើងនឹងពិចារណាខាងក្រោម។

ដើម្បីអនុវត្តក្បួនដោះស្រាយនេះ យើងត្រូវការប្រតិបត្តិការបឋមចំនួនបីខាងក្រោម។ ទីមួយគឺការរៀបចំរដ្ឋដែលប្រព័ន្ធមានប្រូបាប៊ីលីតេស្មើគ្នានៅក្នុងរដ្ឋមូលដ្ឋាន N ណាមួយរបស់វា។ ទីពីរគឺការបំប្លែង Hadamard និងទីបីគឺជាការបង្វិលដំណាក់កាលជ្រើសរើសនៃរដ្ឋ។

ដូចដែលបានដឹងហើយថា ប្រតិបត្តិការសំខាន់សម្រាប់ការគណនា Quantum គឺប្រតិបត្តិការ មសកម្មភាពក្នុងមួយប៊ីត ដែលត្រូវបានតំណាងដោយម៉ាទ្រីសខាងក្រោម៖

នោះគឺបន្តិចនៅក្នុងរដ្ឋ 0 ប្រែទៅជា superposition នៃរដ្ឋពីរ: (1/, 1/) ។ ស្រដៀងគ្នានេះដែរ ប៊ីតនៅក្នុងរដ្ឋ 1 ត្រូវបានបំប្លែងទៅជា (1/, -1/,) ពោលគឺតម្លៃទំហំសម្រាប់រដ្ឋនីមួយៗគឺ 1/ ប៉ុន្តែដំណាក់កាលនៅក្នុងរដ្ឋ 1 ត្រូវបានបញ្ច្រាស់។ ដំណាក់កាលមិនមាន analogue នៅក្នុងក្បួនដោះស្រាយ probabilistic បុរាណទេ។ វាកើតឡើងនៅក្នុងមេកានិចកង់ទិច ដែលទំហំប្រូបាប៊ីលីតេគឺស្មុគស្មាញ។ នៅក្នុងប្រព័ន្ធដែលរដ្ឋត្រូវបានពិពណ៌នា ទំប៊ីត (ឧ. មាន N = 2 ទំរដ្ឋដែលអាចធ្វើទៅបាន) យើងអាចអនុវត្តការផ្លាស់ប្តូរ មនៅលើប៊ីតនីមួយៗដោយឯករាជ្យ ផ្លាស់ប្តូរស្ថានភាពនៃប្រព័ន្ធជាបន្តបន្ទាប់។ ក្នុងករណីដែលការកំណត់រចនាសម្ព័ន្ធដំបូងគឺជាការកំណត់រចនាសម្ព័ន្ធជាមួយ ទំប៊ីតនៅក្នុងរដ្ឋដំបូង ការកំណត់លទ្ធផលនឹងមានអំព្លីទីតស្មើគ្នាសម្រាប់រដ្ឋនីមួយៗ។ នេះគឺជាវិធីដើម្បីបង្កើត superposition ដែលមានទំហំដូចគ្នាសម្រាប់រដ្ឋទាំងអស់។

ការបំប្លែងទីបីដែលយើងនឹងត្រូវការគឺជ្រើសរើសបង្វិលដំណាក់កាលនៃអំព្លីទីតនៅក្នុងរដ្ឋមួយចំនួន។ ការផ្លាស់ប្តូរដែលបានបង្ហាញនៅទីនេះសម្រាប់ប្រព័ន្ធរដ្ឋពីរមានទម្រង់៖

កន្លែងណា j = និង - ចំនួនពិតតាមអំពើចិត្ត។ សូមចំណាំថា មិនដូចការបំប្លែង Hadamard និងម៉ាទ្រីសបំប្លែងរដ្ឋផ្សេងទៀត ប្រូបាប៊ីលីតេនៃរដ្ឋនីមួយៗនៅតែដូចគ្នា ចាប់តាំងពីការ៉េនៃទំហំដាច់ខាតនៃទំហំនៅក្នុងរដ្ឋនីមួយៗនៅតែដូចគ្នា។

ចូរយើងពិចារណាបញ្ហាក្នុងទម្រង់អរូបី។

អនុញ្ញាតឱ្យប្រព័ន្ធមាន N = 2 ទំរដ្ឋ​ដែល​ត្រូវ​បាន​តំណាង​ថា​ជា , ... , . ទាំងនេះ 2 ទំរដ្ឋត្រូវបានតំណាងជាខ្សែអក្សរ n-ប៊ីត។ សូម​ឲ្យ​មាន​រដ្ឋ​តែ​មួយ​និយាយ​ថា បំពេញ​លក្ខខណ្ឌ C() = 1 ខណៈ​សម្រាប់​រដ្ឋ​ផ្សេង​ទៀត​ទាំងអស់ S, ជាមួយ( ,) = 0 (វាត្រូវបានសន្មត់ថាសម្រាប់រដ្ឋណាមួយ S លក្ខខណ្ឌត្រូវបានវាយតម្លៃក្នុងមួយឯកតាពេលវេលា) ។ ភារកិច្ចគឺដើម្បីទទួលស្គាល់រដ្ឋ

ចូរបន្តទៅក្បួនដោះស្រាយដោយខ្លួនឯង។

ជំហាន (1) និង (2) គឺជាលំដាប់នៃប្រតិបត្តិការឯកតាបឋមដែលបានពិពណ៌នាពីមុន។ ជំហានទី (3) គឺជាការវាស់វែងចុងក្រោយដែលធ្វើឡើងដោយប្រព័ន្ធខាងក្រៅ។

(1) យើងនាំប្រព័ន្ធចូលទៅក្នុងស្ថានភាពនៃ superposition:

ជាមួយនឹងទំហំដូចគ្នាសម្រាប់រដ្ឋ N នីមួយៗ។ superposition នេះអាចទទួលបានជាជំហានៗ។

(2) ចូរយើងធ្វើប្រតិបត្តិការឯកតាខាងក្រោមម្តងទៀត អំពី( ) ម្តង៖

ក. អនុញ្ញាតឱ្យប្រព័ន្ធនៅក្នុងរដ្ឋមួយចំនួន S:

ពេលណា​ ជាមួយ( ស ) = 1, បង្វិលដំណាក់កាលដោយរ៉ាដ្យង់;

ពេលណា​ ស៊ី(S) = 0, ទុកឱ្យប្រព័ន្ធមិនផ្លាស់ប្តូរ។

ខ . អនុវត្តការបំប្លែងការសាយភាយ ឃដែលត្រូវបានកំណត់ដោយម៉ាទ្រីស ឃដូចខាងក្រោម៖ ប្រសិនបើ ;" និង . ឃអាចត្រូវបានអនុវត្តជាការអនុវត្តបន្តបន្ទាប់នៃការផ្លាស់ប្តូរឯកតា: , កន្លែងណា វ- ម៉ាទ្រីសបំប្លែង Hadamard, R - ម៉ាទ្រីសបង្វិលដំណាក់កាល។

(3) វាស់ស្ថានភាពលទ្ធផល។ រដ្ឋនេះនឹងក្លាយជារដ្ឋ ជាមួយ( )„ (ឧ. រដ្ឋដែលចង់បានដែលបំពេញលក្ខខណ្ឌ (C() = 1) ដែលមានប្រូបាប៊ីលីតេយ៉ាងហោចណាស់មិនតិចជាង 0.5។ ចំណាំថាជំហាន (2a) គឺជាការបង្វិលដំណាក់កាល។ ការអនុវត្តរបស់វាត្រូវតែរួមបញ្ចូលស្ថានភាពនីតិវិធីទទួលស្គាល់ និងបន្តបន្ទាប់ទៀត។ ការ​កំណត់​ថា​តើ​ត្រូវ​អនុវត្ត​ការ​បង្វិល​ដំណាក់កាល​នេះ​ឬ​អត់ វា​ត្រូវ​តែ​ត្រូវ​បាន​អនុវត្ត​ក្នុង​របៀប​មួយ​ដែល​មិន​ទុក​ដាន​នៅ​លើ​ស្ថានភាព​របស់​ប្រព័ន្ធ​ ដូច្នេះ​ហើយ​ទើប​មាន​ទំនុក​ចិត្ត​ថា​ផ្លូវ​ដែល​នាំ​ទៅ​កាន់​ស្ថានភាព​ចុង​ក្រោយ​ដូច​គ្នា​គឺ​មិន​អាច​បែងចែក​បាន។ និងអាចជ្រៀតជ្រែក ទេ។រួមបញ្ចូលទាំងការវាស់វែងបុរាណ។

ក្បួនដោះស្រាយការស្វែងរក quantum នេះទំនងជាមានលក្ខណៈសាមញ្ញក្នុងការអនុវត្តបើប្រៀបធៀបទៅនឹងក្បួនដោះស្រាយមេកានិចកង់ទិចដែលគេស្គាល់ជាច្រើនផ្សេងទៀត ដោយសារប្រតិបត្តិការដែលត្រូវការគឺមានតែការផ្លាស់ប្តូរ Walsh-Hadamard និងប្រតិបត្តិការផ្លាស់ប្តូរដំណាក់កាលតាមលក្ខខណ្ឌ ដែលនីមួយៗមានលក្ខណៈសាមញ្ញបើប្រៀបធៀបទៅនឹងប្រតិបត្តិការដែលប្រើដោយ ផ្សេងទៀត ក្បួនដោះស្រាយមេកានិច quantum ។

សេចក្តីសន្និដ្ឋាន

បច្ចុប្បន្ននេះ កុំព្យូទ័រ quantum និង បច្ចេកវិទ្យាព័ត៌មាន quantum នៅតែស្ថិតក្នុងស្ថានភាពនៃការអភិវឌ្ឍន៍ត្រួសត្រាយ។ ការដោះស្រាយបញ្ហាលំបាកដែលបច្ចេកវិទ្យាទាំងនេះជួបប្រទះនាពេលបច្ចុប្បន្ននឹងធានាថាកុំព្យូទ័រ quantum នឹងឈានទៅដល់កន្លែងត្រឹមត្រូវរបស់ពួកគេ ក្នុងនាមជាម៉ាស៊ីនកុំព្យូទ័រលឿនបំផុតដែលអាចធ្វើទៅបាន។ មកដល់ពេលនេះ ការកែកំហុសបានរីកចម្រើនយ៉ាងខ្លាំង ដែលនាំឱ្យយើងខិតទៅជិតចំណុចដែលយើងអាចបង្កើតកុំព្យូទ័រដែលរឹងមាំគ្រប់គ្រាន់ដើម្បីទប់ទល់នឹងផលប៉ះពាល់នៃ decoherence។ ម្យ៉ាងវិញទៀត ការបង្កើតឧបករណ៍ quantum នៅតែជាឧស្សាហកម្មដែលកំពុងរីកចម្រើន។ ប៉ុន្តែការងារដែលបានធ្វើរហូតមកទល់ពេលនេះ បញ្ចុះបញ្ចូលយើងថា វាគ្រាន់តែជាបញ្ហានៃពេលវេលាប៉ុណ្ណោះ មុនពេលដែលយើងអាចបង្កើតម៉ាស៊ីនដែលមានទំហំធំល្មមដើម្បីដំណើរការក្បួនដោះស្រាយដ៏ធ្ងន់ធ្ងរដូចជាក្បួនដោះស្រាយរបស់ Shor ។ ដូច្នេះកុំព្យូទ័រ quantum ប្រាកដជានឹងលេចឡើង។ យ៉ាងហោចណាស់ ទាំងនេះនឹងក្លាយជាឧបករណ៍កុំព្យូទ័រទំនើបបំផុត ហើយកុំព្យូទ័រដែលយើងមានសព្វថ្ងៃនេះនឹងលែងប្រើហើយ។ ការគណនា Quantum មានដើមកំណើតនៅក្នុងផ្នែកជាក់លាក់នៃរូបវិទ្យាទ្រឹស្តី ប៉ុន្តែអនាគតរបស់វាប្រាកដជាមានឥទ្ធិពលយ៉ាងខ្លាំងទៅលើជីវិតរបស់មនុស្សជាតិទាំងអស់។

គន្ថនិទ្ទេស

1. ការគណនា Quantum: គុណសម្បត្តិ និងគុណវិបត្តិ។ អេដ។ V.A. សាដូវនីជីហ្គោ។ – Izhevsk: Udmurt University Publishing House, ឆ្នាំ 1999 – 212 ទំ។

2. Belonuchkin V.E., Zaikin D.A., Tsypenyuk Yu.M., មូលដ្ឋានគ្រឹះរូបវិទ្យា។ មុខវិជ្ជារូបវិទ្យាទូទៅ៖ សៀវភៅសិក្សា។ នៅក្នុង 2 វ៉ុល T. 2. Quantum និងរូបវិទ្យាស្ថិតិ។ – M.: FIZMATLIT, 2001. – 504 ទំ។

3. Valiev K.A. “Quantum computers: can they be made “big”?”, Advances in Physical Sciences, លេខ 169, លេខ 6, 1999 ។

4. Valiev K.A. “វិទ្យាសាស្ត្រព័ត៌មាន Quantum៖ កុំព្យូទ័រ ការទំនាក់ទំនង និងការគ្រីបគ្រីប”, ព្រឹត្តិបត្រនៃបណ្ឌិត្យសភាវិទ្យាសាស្ត្ររុស្ស៊ី, ភាគ ៧០, លេខ ៨, ទំ. ៦៨៨-៦៩៥, ២០០០

5. Maslov ។ ឃ. “កុំព្យូទ័រ និងទំនាក់ទំនង Quantum៖ ការពិត និងការរំពឹងទុក”, Computerra, លេខ 46, 2004 ។

6. Khalfin L.A. “ឥទ្ធិពល Quantum Zeno”, Advances in Physical Sciences, v. 160, លេខ 10, 1990។

7. Kholevo A. "វិទ្យាសាស្ត្រព័ត៌មាន Quantum: អតីតកាល បច្ចុប្បន្នកាល អនាគត"

នៅក្នុងពិភពវិទ្យាសាស្ត្រ លេខ ៧ ឆ្នាំ ២០០៨។

8. Center for Quantum Technologies, National University of Singapore www.quantumlah.org

នៅក្នុងការតំណាងរបស់ Schrödinger ការផ្លាស់ប្តូរពេលវេលានៃ qubit ក្រោមសកម្មភាពរបស់ប្រតិបត្តិករឯកតាត្រូវបានតំណាងយ៉ាងងាយស្រួលតាមក្រាហ្វិក។ វិធីសាស្រ្តនេះត្រូវបានគេប្រើយ៉ាងទូលំទូលាយនៅក្នុងវិស័យនៃការគណនា Quantum ។ អ្វី​ដែល​គេ​ហៅ​ថា​សៀគ្វី​កង់ទិច​បម្រើ​ជា​អាណាឡូក​សម្រាប់​តំណាង​ក្រាហ្វិក​នៃ​សៀគ្វី​អគ្គិសនី។ ពួកវាក៏ត្រូវបានសាងសង់ពីសំណុំនៃច្រកទ្វារ ឬច្រកទ្វារ ដែលស្រដៀងទៅនឹងឌីជីថល AND, OR, NOT gates, flip-flops, registers, adders និងដូច្នេះនៅលើ។

អនុញ្ញាតឱ្យយើងមាន qubit នៅក្នុងស្ថានភាពមូលដ្ឋាន "0" ។ ជាថ្មីម្តងទៀត យើងអាចតំណាងវាជាវ៉ិចទ័រជួរឈរ (1 0)។ ប្រសិនបើអ្នកអនុវត្តវាទៅច្រកទ្វារចូល សូមហៅវាថា X បន្ទាប់មកវ៉ិចទ័ររដ្ឋនឹងផ្លាស់ប្តូរ។ ច្រកនេះត្រូវបានតំណាងដោយម៉ាទ្រីស Pauli sigma-x ។ មែនហើយ ម៉ាទ្រីស Pauli បន្ថែមពីលើភាពជា Hermitian ក៏ជាឯកតាផងដែរ។ មិនមែនម៉ាទ្រីស Hermitian ទាំងអស់សុទ្ធតែឯកតាទេ ប៉ុន្តែម៉ាទ្រីស Pauli គឺគ្រាន់តែថា។

ដូច្នេះដោយគុណ Pauli X-matrix ដោយវ៉ិចទ័រដើម យើងទទួលបានវ៉ិចទ័រជួរឈរ (0 1) ។ វា​គឺ​ជា​មូលដ្ឋាន​ទីពីរ ket vector |1> ។ នោះគឺច្រកនេះបានបំប្លែងពី 0 ទៅមួយ។ ច្រក​នេះ​ត្រូវ​បាន​គេ​ហៅ​ផង​ដែរ​ថា​មិន​មែន​ទេ​ព្រោះ​វា​ធ្វើ​ការ​អវិជ្ជមាន​, បញ្ច្រាស​។ ជាការពិតណាស់ ប្រសិនបើយើងដំឡើងច្រកទ្វារបែបនេះបន្ថែមទៀត យើងនឹងត្រឡប់ទៅរកលេខសូន្យវិញ។

មិនដូចប៊ីតបុរាណទេ qubit អាចស្ថិតនៅក្នុងទីតាំងកំពូលនៃវ៉ិចទ័រមូលដ្ឋាន។ ច្រកបន្ទាប់ត្រូវបានគេហៅថា Hadamard gate ហើយត្រូវបានតំណាងដោយម៉ាទ្រីសឯកតាខាងក្រោម។ វាបំប្លែងរដ្ឋសូន្យទៅជា superposition |0>+|1>។

ចំណាំថានៅពេលដែលម៉ាទ្រីសនេះធ្វើសកម្មភាពលើ ket-vector |1> វាបំប្លែងវាទៅជា |0>-|1> ។

ជាមួយនឹងច្រកទាំងពីរនេះ យើងអាចបង្ហាញជាក្រាហ្វិក វីដេអូមុន។ពិសោធន៍ជាមួយម៉ាច-ហ្សេនឌឺរ អ៊ីនធឺហ្វេរ៉ូម៉ែត្រ។ ម៉ាទ្រីសដែលយើងបង្ហាញគឺដូចគ្នាបេះបិទទៅនឹងប្រតិបត្តិករការវិវត្តដែលបានពិចារណានៅទីនោះ។ ការឆ្លងកាត់នៃ photon តាមរយៈកញ្ចក់ថ្លាត្រូវគ្នាទៅនឹងច្រក Hadamard ។ កញ្ចក់មានទ្វារបញ្ច្រាស X កញ្ចក់ពាក់កណ្តាលថ្លាទីពីរក៏ត្រូវបានតំណាងដោយទ្វារ Hadamard ផងដែរ។ ច្រកទីមួយផ្ទេរ qubit ទៅជា superposition ទីពីរមិនធ្វើអ្វីជាមួយស្ថានភាពលទ្ធផល ហើយទីបីផ្ទេរ superposition ត្រឡប់ទៅវ៉ិចទ័រមូលដ្ឋាន។

រដ្ឋពីរ-qubit ត្រូវបានតំណាងជាក្រាហ្វិកដោយបន្ថែមបន្ទាត់ផ្ដេកផ្សេងទៀត។ ឥឡូវនេះ វ៉ិចទ័រដើមស្ថិតនៅក្នុងស្ថានភាព |00> ដែលស្មើនឹងផលិតផល tensor នៃវ៉ិចទ័រទោលគូប៊ីតដែលត្រូវគ្នា។ វាត្រូវបានតំណាងជាវ៉ិចទ័រជួរឈរដែលមានធាតុផ្សំបួន។

ជាឧទាហរណ៍ អ្នកអាចដាក់ច្រក Hadamard នៅលើ qubit នីមួយៗ។ តាមពិត នេះមានន័យថាវ៉ិចទ័រដើមត្រូវតែរងផលប៉ះពាល់ដោយផលិតផល tensor នៃម៉ាទ្រីស Hadamard ពីរ។ យើងមានម៉ាទ្រីស 4x4 គុណនឹងវ៉ិចទ័រជួរឈរបួន។ លទ្ធផលក៏នឹងជាវ៉ិចទ័រជួរឈរដែលមានធាតុផ្សំបួន។

ទោះយ៉ាងណាក៏ដោយ មិនមែនរាល់ម៉ាទ្រីសឯកតា 4x4 អាចត្រូវបានបំបែកទៅជាផលិតផល tensor នៃ 2x2 matrices នោះទេ។ ឧទាហរណ៍មួយគឺច្រកទ្វារ CNOT ទូទៅ - ការបដិសេធដែលត្រូវបានគ្រប់គ្រង។ វាត្រូវតែត្រូវបានអនុវត្តទៅវ៉ិចទ័ររដ្ឋពីរគូប៊ីតទាំងមូលក្នុងពេលតែមួយ។ ជាធម្មតាវាត្រូវបានកំណត់ដោយរង្វង់ទាំងពីរនេះ។

វ៉ិចទ័រស្ថានភាពពីរគូប៊ីតទូទៅបំផុតត្រូវបានពិពណ៌នាដោយ superposition នៃវ៉ិចទ័រមូលដ្ឋានចំនួនបួន។ ដូច្នេះដើម្បីពិពណ៌នាវា 4 ចំនួនកុំផ្លិចគឺត្រូវការ - ប្រូបាប៊ីលីតេអំព្លីទីត។

សម្រាប់វ៉ិចទ័របីគូប៊ីត កំពូលនឹងមាន 2 3 ពោលគឺប្រាំបីពាក្យ។ ប្រតិបត្តិករឯកតាដែលធ្វើសកម្មភាពលើវ៉ិចទ័រជួរឈរដែលមានធាតុផ្សំប្រាំបីត្រូវបានតំណាងដោយម៉ាទ្រីស 8x8 ។ នេះ​ហើយ​ជា​មូល​ហេតុ​ដែល​ក្នុង​ករណី​នៃ​ការ​គណនា​ Quantum ការ​ក្លែង​ធ្វើ​នៅ​លើ​កុំព្យូទ័រ​បុរាណ​មិន​អាច​ទៅ​រួច​ទេ ទោះ​បី​ជា​មាន​ចំនួន​ qubits តិចតួច​ក៏​ដោយ។

ដូច្នេះ ដើម្បីដំណើរការជាមួយរដ្ឋ 100-qubit ចាំបាច់ត្រូវរក្សាទុកចំនួនកុំផ្លិច 2,100 ដើម្បីពណ៌នាវ៉ិចទ័រខ្លួនឯង។ 2,100 គឺច្រើនជាងចំនួននៃភាគល្អិតបឋមនៅក្នុងផ្នែកដែលអាចសង្កេតបាននៃសកលលោក។ នេះហើយជាមូលហេតុដែលមនុស្សជាតិត្រូវការកុំព្យូទ័រ quantum hardware មិនមែនម៉ាស៊ីនក្លែងធ្វើបុរាណទេ។

អ្នកអាចស្វែងរកម៉ាស៊ីនក្លែងធ្វើសៀគ្វី quantum នៅលើអ៊ីនធឺណិត ហើយពិសោធន៍ជាមួយពួកគេ។ នេះគឺជាមួយក្នុងចំណោមពួកគេដែលគេហៅថា quirk ។ នៅទិន្នផលវាបង្ហាញពីប្រូបាប៊ីលីតេនៃការរកឃើញមួយនៅពេលវាស់ qubit ។ ផងដែរ ស្វ៊ែរ Bloch ដែលបង្ហាញក្រាហ្វិក qubit ជាចំណុចនៅលើស្វ៊ែរ។ និងការបង្ហាញក្រាហ្វិកនៃទំហំប្រូបាប៊ីលីតេ - ចំនួនកុំផ្លិចពីរសម្រាប់មួយ qubit បួនសម្រាប់ស្ថានភាពពីរគូប៊ីត។

ដំបូង វ៉ិចទ័រពីរគូប៊ីតរបស់យើងស្ថិតនៅក្នុងស្ថានភាពនៃវ៉ិចទ័រមូលដ្ឋាន |00> ។ នោះគឺទំហំប្រូបាប៊ីលីតេដែលត្រូវគ្នាគឺស្មើនឹងមួយ ហើយបីទៀតគឺស្មើនឹងសូន្យ។ ប៉ុន្តែនៅក្នុងករណីទូទៅ អំព្លីទីតទាំងបួនគឺមិនមែនសូន្យទេ។ ដើម្បីអោយកាន់តែច្បាស់ សូមដំឡើងច្រកមួយចំនួនដែលម៉ាទ្រីសខ្លួនឯងផ្លាស់ប្តូរតាមពេលវេលា។ ជាឧទាហរណ៍ ច្រកទ្វារ CNOT ។ យើងឃើញថាទំហំប្រូបាប៊ីលីតេទាំងបួនផ្លាស់ប្តូរតម្លៃរបស់វា។

ចូរយើងបង្កើតសៀគ្វីមួយដែលត្រូវនឹងការពិសោធន៍របស់យើងជាមួយនឹងម៉ាច-ហ្សេនឌឺរ interferometer ។ តោះដំឡើងទ្វារ Hadamard ។ ប្រូបាប៊ីលីតេនៃការទទួលបានឯកតាជាលទ្ធផលនៃការវាស់វែងបានក្លាយជា 50% ។ ទំហំនៃប្រូបាប៊ីលីតេខ្លួនឯងបានក្លាយជា 0.707 ពោលគឺសម្រាប់សូន្យ និងសម្រាប់មួយ។

តោះដំឡើង NOT gate នោះគឺ ម៉ាទ្រីស Pauli X គ្មានអ្វីផ្លាស់ប្តូរទេ។ ច្រក Hadamard ទីពីរបានត្រឡប់វ៉ិចទ័ររដ្ឋទៅវ៉ិចទ័រមូលដ្ឋានដើម។ ចំណាំថានៅពេលផ្លាស់ទីទៅវ៉ិចទ័របីគូប អំព្លីទីតក្លាយជាប្រាំបី។ សម្រាប់បួន-qubit 16. ហើយដូច្នេះនៅលើ។ ម៉ាស៊ីនក្លែងធ្វើនេះអាចដំណើរការជាមួយរដ្ឋអតិបរមា 16 ហត្ថ។ ដើម្បីធ្វើដូចនេះវាប្រើយ៉ាងហោចណាស់ 2 16 ពោលគឺ 64 kB នៃអង្គចងចាំ។ សម្រាប់ 32 qubits អ្នកត្រូវការអង្គចងចាំយ៉ាងហោចណាស់ 4GB ។ ធនធានដែលត្រូវការកំពុងរីកចម្រើនយ៉ាងឆាប់រហ័ស។ កម្មវិធីក្លែងធ្វើនេះក៏មានគ្រោងការណ៍ដែលបានប្រមូលផ្តុំរួចហើយនៃក្បួនដោះស្រាយដ៏ពេញនិយមផងដែរ។ ជាឧទាហរណ៍ នៅទីនេះគឺជាសៀគ្វីសម្រាប់សាកល្បងវិសមភាពរបស់ Bell ដែលយើងមើលក្នុងផ្នែកទី 26 និង 27។

ទោះយ៉ាងណាក៏ដោយ មិនគួរស្រមៃមើលកុំព្យូទ័រ Quantum ជាអាណាឡូកនៃកុំព្យូទ័របុរាណនោះទេ ប៉ុន្តែជាមួយនឹងថាមពលកុំព្យូទ័រធំជាងអិចស្ប៉ូណង់ស្យែល។ ដូចដែលពួកគេនិយាយជាញឹកញាប់នៅក្នុងវិទ្យាសាស្ត្រ ភាពស្របគ្នានៃកង់ទិច។ ជាការពិតណាស់ មានក្បួនដោះស្រាយដែលធ្វើឱ្យវាអាចធ្វើទៅបានដើម្បីដោះស្រាយបញ្ហាមួយចំនួននៅលើកុំព្យូទ័រ quantum ក្នុងពេលវេលាដែលអាចទទួលយកបាន ចំណែកឯនៅលើបុរាណមួយវានឹងចំណាយពេលរាប់ពាន់លានឆ្នាំ។ ប៉ុន្តែបញ្ហាទាំងនេះគឺជាក់លាក់ណាស់ ឧទាហរណ៍ យកលោការីតដាច់ពីគ្នា។ លេខធំឬការរាប់លេខធំ។

នោះគឺកុំព្យូទ័រ quantum មិនតែងតែលឿនជាងកុំព្យូទ័របុរាណទេ។ ផ្ទុយទៅវិញ វាអាចត្រូវបានចាត់ទុកថាជា processor ឯកទេសសម្រាប់កិច្ចការតូចចង្អៀត។ ប្រតិបត្តិការដូចគ្នាជាមួយម៉ាទ្រីស ឬការធ្វើគំរូនៃបាតុភូត quantum ជាឧទាហរណ៍ សម្រាប់បញ្ហាគីមីសាស្ត្រ។

ប៉ុន្តែតើអ្នកណាដឹងថាតើតំបន់នេះនឹងអភិវឌ្ឍយ៉ាងដូចម្តេចនៅពេលដែលបច្ចេកវិទ្យាឈានដល់ការផលិតដ៏ធំនៃដំណើរការ quantum multi-qubit តម្លៃថោក។

បេក្ខជននៃវិទ្យាសាស្ត្ររូបវិទ្យា និងគណិតវិទ្យា L. FEDICHKIN (វិទ្យាស្ថានរូបវិទ្យា និងបច្ចេកវិទ្យា បណ្ឌិតសភារុស្ស៊ីវិទ្យាសាស្ត្រ។

ដោយប្រើច្បាប់នៃ quantum mechanics វាអាចបង្កើតកុំព្យូទ័រប្រភេទថ្មីជាមូលដ្ឋាន ដែលនឹងអនុញ្ញាតឱ្យដោះស្រាយបញ្ហាមួយចំនួនដែលមិនអាចចូលទៅដល់សូម្បីតែ supercomputers ទំនើបដ៏មានឥទ្ធិពលបំផុត។ ល្បឿននៃការគណនាស្មុគស្មាញជាច្រើននឹងកើនឡើងយ៉ាងខ្លាំង; សារដែលផ្ញើតាមខ្សែទំនាក់ទំនង Quantum នឹងមិនអាចស្ទាក់ចាប់ ឬចម្លងបានទេ។ សព្វថ្ងៃនេះ គំរូនៃកុំព្យូទ័រ quantum នាពេលអនាគតត្រូវបានបង្កើតរួចហើយ។

គណិតវិទូ និងរូបវិទ្យាជនជាតិអាមេរិកដើមកំណើតហុងគ្រី Johann von Neumann (1903-1957)។

រូបវិទ្យាទ្រឹស្ដីអាមេរិក Richard Phillips Feynman (1918-1988) ។

គណិតវិទូជនជាតិអាមេរិក លោក Peter Shor អ្នកឯកទេសខាងផ្នែកកុំព្យូទ័រ quantum ។ គាត់​បាន​ស្នើ​ឡើង​នូវ​ក្បួន​ដោះស្រាយ quantum សម្រាប់​ការ​ធ្វើ​កត្តា​លឿន​នៃ​ចំនួន​ធំ។

Quantum bit ឬ qubit ។ ជាឧទាហរណ៍ រដ្ឋត្រូវគ្នាទៅនឹងទិសដៅនៃការបង្វិលនៃស្នូលអាតូមិកឡើងលើ ឬចុះក្រោម។

quantum register គឺជាខ្សែសង្វាក់នៃ quantum bits។ ច្រក quantum មួយ ឬពីរ-qubit ធ្វើប្រតិបត្តិការឡូជីខលនៅលើ qubits ។

ការណែនាំ ឬបន្តិចអំពីការការពារព័ត៌មាន

តើ​កម្មវិធី​អ្វី​ដែល​អ្នក​គិត​ថា​លក់​ក្នុង​ពិភពលោក? ចំនួនធំបំផុតអាជ្ញាប័ណ្ណ? ខ្ញុំនឹងមិនប្រថុយនឹងការទទូចថាខ្ញុំដឹងចម្លើយត្រឹមត្រូវនោះទេ ប៉ុន្តែខ្ញុំច្បាស់ជាដឹងខុសមួយ៖ នេះ។ ទេ។កំណែណាមួយរបស់ Microsoft Windows ។ ប្រព័ន្ធប្រតិបត្តិការទូទៅបំផុតគឺនាំមុខផលិតផលតិចតួចពី RSA Data Security, Inc. - កម្មវិធីដែលអនុវត្តក្បួនដោះស្រាយការអ៊ិនគ្រីបសោសាធារណៈ RSA ដែលដាក់ឈ្មោះតាមអ្នកនិពន្ធរបស់វា - គណិតវិទូអាមេរិក Rivest, Shamir និង Adelman ។

ការពិតគឺថា ក្បួនដោះស្រាយ RSA ​​ត្រូវបានបង្កើតឡើងនៅក្នុងប្រព័ន្ធប្រតិបត្តិការពាណិជ្ជកម្មភាគច្រើន ក៏ដូចជាកម្មវិធីជាច្រើនទៀតដែលប្រើក្នុងឧបករណ៍ផ្សេងៗ - ពីកាតឆ្លាតវៃទៅទូរស័ព្ទដៃ។ ជាពិសេសវាក៏មាននៅក្នុង Microsoft Windows ដែលមានន័យថាវាច្បាស់ជារីករាលដាលជាងការពេញនិយមនេះ។ ប្រព័ន្ធ​ប្រតិបត្តិការ. ដើម្បីរកមើលដាននៃ RSA ឧទាហរណ៍នៅក្នុងកម្មវិធីរុករក Internet Explorer (កម្មវិធីសម្រាប់មើលទំព័រ www នៅលើអ៊ីនធឺណិត) គ្រាន់តែបើកម៉ឺនុយ "ជំនួយ" បញ្ចូលម៉ឺនុយរង "អំពី Internet Explorer" ហើយមើលបញ្ជីផលិតផលដែលបានប្រើពី ក្រុមហ៊ុនផ្សេងទៀត។ កម្មវិធីរុករកធម្មតាមួយផ្សេងទៀត Netscape Navigator ក៏ប្រើក្បួនដោះស្រាយ RSA ​​ផងដែរ។ ជាទូទៅវាពិបាកក្នុងការស្វែងរកក្រុមហ៊ុនល្បីដែលធ្វើការក្នុងវិស័យបច្ចេកវិទ្យាខ្ពស់ដែលនឹងមិនទិញអាជ្ញាប័ណ្ណសម្រាប់កម្មវិធីនេះ។ ថ្ងៃនេះ RSA Data Security, Inc. បានលក់អាជ្ញាប័ណ្ណជាង 450 លាន (!) រួចហើយ។

ហេតុអ្វីបានជាក្បួនដោះស្រាយ RSA ​​មានសារៈសំខាន់ដូច្នេះ?

ស្រមៃថាអ្នកត្រូវផ្លាស់ប្តូរសារយ៉ាងឆាប់រហ័សជាមួយមនុស្សម្នាក់ដែលនៅឆ្ងាយ។ សូមអរគុណចំពោះការអភិវឌ្ឍន៍អ៊ីនធឺណែត ការផ្លាស់ប្តូរបែបនេះបានក្លាយទៅជាមានសម្រាប់មនុស្សភាគច្រើននាពេលបច្ចុប្បន្ននេះ - អ្នកគ្រាន់តែត្រូវការកុំព្យូទ័រដែលមានម៉ូដឹម ឬកាតបណ្តាញ។ ជាធម្មតា នៅពេលផ្លាស់ប្តូរព័ត៌មានតាមបណ្តាញ អ្នកចង់រក្សាសាររបស់អ្នកជាសម្ងាត់ពីមនុស្សចម្លែក។ ទោះយ៉ាងណាក៏ដោយ វាមិនអាចទៅរួចទេក្នុងការការពារទាំងស្រុងនូវខ្សែទំនាក់ទំនងដ៏វែងពីការលួចស្តាប់។ នេះមានន័យថានៅពេលដែលសារត្រូវបានផ្ញើ ពួកវាត្រូវតែត្រូវបានអ៊ិនគ្រីប ហើយនៅពេលដែលបានទទួល ពួកវាត្រូវតែត្រូវបានឌិគ្រីប។ ប៉ុន្តែ​តើ​អ្នក​និង​ដៃគូ​សន្ទនា​របស់​អ្នក​អាច​យល់ព្រម​ដោយ​របៀបណា​លើ​គន្លឹះ​មួយ​ណា​ដែល​អ្នក​នឹង​ប្រើ​? ប្រសិនបើអ្នកផ្ញើសោទៅកាន់លេខសម្ងាត់នៅលើបន្ទាត់ដូចគ្នា អ្នកវាយប្រហារដែលលួចស្តាប់អាចស្ទាក់ចាប់វាបានយ៉ាងងាយស្រួល។ ជា​ការ​ពិត អ្នក​អាច​បញ្ជូន​សោ​តាម​រយៈ​ខ្សែ​ទំនាក់​ទំនង​មួយ​ចំនួន​ផ្សេង​ទៀត ឧទាហរណ៍ ផ្ញើ​តាម​ទូរលេខ។ ប៉ុន្តែវិធីសាស្រ្តនេះជាធម្មតាមានការរអាក់រអួល ហើយលើសពីនេះទៅទៀត វាមិនតែងតែអាចទុកចិត្តបាននោះទេ៖ ខ្សែផ្សេងទៀតក៏អាចត្រូវបានគេចុចផងដែរ។ វាល្អប្រសិនបើអ្នក និងអ្នកទទួលរបស់អ្នកបានដឹងជាមុនថាអ្នកនឹងផ្លាស់ប្តូរការអ៊ិនគ្រីប ដូច្នេះហើយបានផ្តល់ឱ្យគ្នាទៅវិញទៅមកនូវសោរជាមុន។ ប៉ុន្តែចុះយ៉ាងណាវិញ ប្រសិនបើជាឧទាហរណ៍ អ្នកចង់ផ្ញើការផ្តល់ជូនពាណិជ្ជកម្មសម្ងាត់ទៅកាន់ដៃគូអាជីវកម្មដែលអាចធ្វើទៅបាន ឬទិញផលិតផលដែលអ្នកចូលចិត្តនៅក្នុងហាងអនឡាញថ្មីដោយប្រើកាតឥណទាន?

ក្នុងទសវត្សរ៍ឆ្នាំ 1970 ដើម្បីដោះស្រាយបញ្ហានេះ ប្រព័ន្ធអ៊ិនគ្រីបត្រូវបានស្នើឡើងដែលប្រើសោពីរប្រភេទសម្រាប់សារតែមួយ៖ សាធារណៈ (មិនតម្រូវឱ្យរក្សាការសម្ងាត់) និងឯកជន (សម្ងាត់យ៉ាងតឹងរ៉ឹង)។ សោសាធារណៈត្រូវបានប្រើដើម្បីអ៊ិនគ្រីបសារ ហើយសោឯកជនត្រូវបានប្រើដើម្បីឌិគ្រីបវា។ អ្នកផ្ញើអ្នកឆ្លើយឆ្លងព័ត៌មានរបស់អ្នកនូវសោសាធារណៈ ហើយគាត់ប្រើវាដើម្បីអ៊ិនគ្រីបសាររបស់គាត់។ អ្នកវាយប្រហារទាំងអស់ដែលបានស្ទាក់ចាប់សោសាធារណៈអាចធ្វើបានគឺអ៊ិនគ្រីបអ៊ីមែលរបស់គាត់ជាមួយវា ហើយបញ្ជូនវាទៅនរណាម្នាក់។ ប៉ុន្តែគាត់នឹងមិនអាចបកស្រាយការឆ្លើយឆ្លងបានទេ។ អ្នកដោយដឹងពីសោឯកជន (ដំបូងវាត្រូវបានរក្សាទុកជាមួយអ្នក) អាចអានសារដែលផ្ញើទៅអ្នកបានយ៉ាងងាយស្រួល។ ដើម្បីអ៊ិនគ្រីបសារឆ្លើយតប អ្នកនឹងប្រើសោសាធារណៈដែលផ្ញើដោយអ្នកឆ្លើយឆ្លងព័ត៌មានរបស់អ្នក (ហើយគាត់នឹងរក្សាសោឯកជនដែលត្រូវគ្នាសម្រាប់ខ្លួនគាត់)។

នេះពិតជាគ្រោងការណ៍គ្រីបដែលប្រើក្នុងក្បួនដោះស្រាយ RSA ​​ដែលជាវិធីសាស្ត្រអ៊ិនគ្រីបសោសាធារណៈទូទៅបំផុត។ លើសពីនេះទៅទៀត ដើម្បីបង្កើតកូនសោសាធារណៈ និងឯកជនមួយគូ សម្មតិកម្មសំខាន់ៗខាងក្រោមត្រូវបានប្រើ។ ប្រសិនបើមានលេខធំពីរ (តម្រូវឱ្យសរសេរខ្ទង់ទសភាគលើសពីមួយរយ) សាមញ្ញលេខ M និង K បន្ទាប់មកការស្វែងរកផលិតផលរបស់ពួកគេ N = MK នឹងមិនពិបាកទេ (អ្នកមិនចាំបាច់មានកុំព្យូទ័រសម្រាប់រឿងនេះទេ៖ អ្នកដែលមានការប្រុងប្រយ័ត្ននិងអត់ធ្មត់នឹងអាចគុណលេខបែបនេះដោយប្រើប៊ិចនិងក្រដាស) ។ ប៉ុន្តែដើម្បីដោះស្រាយបញ្ហាបញ្ច្រាសនោះគឺការដឹង លេខធំ N បំបែកវាទៅជាកត្តាចម្បង M និង K (អ្វីដែលគេហៅថា បញ្ហាកត្តាកត្តា) - ស្ទើរតែមិនអាចទៅរួចទេ! នេះពិតជាបញ្ហាដែលអ្នកវាយប្រហារនឹងជួបប្រទះ ប្រសិនបើគាត់សម្រេចចិត្ត "hack" ក្បួនដោះស្រាយ RSA ​​ហើយអានព័ត៌មានដែលបានអ៊ិនគ្រីបជាមួយវា៖ ដើម្បីស្វែងយល់ពីសោឯកជន ដោយដឹងពីសោសាធារណៈ គាត់នឹងត្រូវគណនា M ឬ K .

ដើម្បីសាកល្បងសុពលភាពនៃសម្មតិកម្មអំពីភាពស្មុគស្មាញជាក់ស្តែងនៃកត្តាមួយចំនួនធំ ការប្រកួតប្រជែងពិសេសបាននិងកំពុងត្រូវបានធ្វើឡើង។ ការរលាយនៃលេខ 155 ខ្ទង់ (512 ប៊ីត) ត្រូវបានចាត់ទុកថាជាកំណត់ត្រាមួយ។ ការគណនាត្រូវបានអនុវត្តស្របគ្នានៅលើកុំព្យូទ័រជាច្រើនសម្រាប់រយៈពេលប្រាំពីរខែក្នុងឆ្នាំ 1999 ។ ប្រសិនបើភារកិច្ចនេះត្រូវបានអនុវត្តនៅលើសម័យទំនើបមួយ។ កុំព្យូទ័រ​ផ្ទាល់ខ្លួនវានឹងចំណាយពេលប្រហែល 35 ឆ្នាំនៃកុំព្យូទ័រ! ការគណនាបង្ហាញថាការប្រើសូម្បីតែស្ថានីយការងារទំនើបមួយពាន់ និងក្បួនដោះស្រាយកុំព្យូទ័រដ៏ល្អបំផុតដែលគេស្គាល់សព្វថ្ងៃនេះ លេខ 250 ខ្ទង់មួយអាចត្រូវបានរាប់ក្នុងរយៈពេលប្រហែល 800 ពាន់ឆ្នាំ និងលេខ 1000 ខ្ទង់ក្នុងរយៈពេល 10-25 (!) ឆ្នាំ។ (សម្រាប់ការប្រៀបធៀបអាយុនៃសកលលោកគឺ ~ 10 10 ឆ្នាំ។ )

ដូច្នេះ ក្បួនដោះស្រាយការគ្រីបដូចជា RSA ដែលដំណើរការលើសោវែងគ្រប់គ្រាន់ ត្រូវបានចាត់ទុកថាអាចទុកចិត្តបាន និងត្រូវបានប្រើប្រាស់ក្នុងកម្មវិធីជាច្រើន។ ហើយអ្វីគ្រប់យ៉ាងគឺល្អរហូតដល់ពេលនោះ ...រហូតដល់កុំព្យូទ័រ quantum បានបង្ហាញខ្លួន។

វាប្រែថាដោយប្រើច្បាប់នៃមេកានិចកង់ទិចវាអាចធ្វើទៅបានដើម្បីបង្កើតកុំព្យូទ័រដែលបញ្ហានៃកត្តា (និងច្រើនទៀត!) នឹងមិនពិបាកទេ។ វាត្រូវបានគេប៉ាន់ប្រមាណថា quantum computer ដែលមានអង្គចងចាំត្រឹមតែ 10,000 quantum bits អាចរាប់លេខ 1000-digit ទៅជាកត្តាសំខាន់ក្នុងរយៈពេលតែប៉ុន្មានម៉ោងប៉ុណ្ណោះ!

តើទាំងអស់ចាប់ផ្តើមដោយរបៀបណា?

វាមិនមែនរហូតដល់ពាក់កណ្តាលទសវត្សរ៍ឆ្នាំ 1990 ដែលទ្រឹស្តីនៃកុំព្យូទ័រ quantum និង quantum computing ត្រូវបានបង្កើតឡើងជា តំបន់ថ្មី។វិទ្យាសាស្ត្រ។ ដូចជាញឹកញាប់ករណីដែលមានគំនិតដ៏អស្ចារ្យ វាពិបាកក្នុងការកំណត់អត្តសញ្ញាណអ្នកបង្កើត។ ជាក់ស្តែង គណិតវិទូជនជាតិហុងគ្រី J. von Neumann គឺជាមនុស្សដំបូងគេដែលទាក់ទាញការយកចិត្តទុកដាក់ចំពោះលទ្ធភាពនៃការអភិវឌ្ឍន៍តក្កវិជ្ជាកង់ទិច។ ទោះយ៉ាងណាក៏ដោយនៅពេលនោះ មិនត្រឹមតែ quantum ប៉ុណ្ណោះទេ កុំព្យូទ័របុរាណ ធម្មតាក៏មិនទាន់ត្រូវបានបង្កើតឡើងដែរ។ ហើយជាមួយនឹងការមកដល់នៃជំនាន់ក្រោយ កិច្ចខិតខំប្រឹងប្រែងចម្បងរបស់អ្នកវិទ្យាសាស្ត្រគឺសំដៅជាចម្បងក្នុងការស្វែងរក និងបង្កើតធាតុថ្មីសម្រាប់ពួកគេ (ត្រង់ស៊ីស្ទ័រ ហើយបន្ទាប់មកសៀគ្វីរួមបញ្ចូលគ្នា) ហើយមិនមែនដើម្បីបង្កើតឧបករណ៍កុំព្យូទ័រផ្សេងគ្នាជាមូលដ្ឋាននោះទេ។

នៅទសវត្សរ៍ឆ្នាំ 1960 រូបវិទូជនជាតិអាមេរិកឈ្មោះ R. Landauer ដែលធ្វើការនៅ IBM បានព្យាយាមទាញចំណាប់អារម្មណ៍ពីពិភពវិទ្យាសាស្ត្រថា ការគណនាតែងតែជាដំណើរការរាងកាយមួយចំនួន ដែលមានន័យថាវាមិនអាចយល់អំពីដែនកំណត់នៃសមត្ថភាពកុំព្យូទ័ររបស់យើងដោយគ្មាន បញ្ជាក់​ថា​តើ​ការ​អនុវត្ត​រាងកាយ​ត្រូវ​គ្នា​នឹង​អ្វី។ ជាអកុសល នៅពេលនោះ ទស្សនៈលេចធ្លោក្នុងចំណោមអ្នកវិទ្យាសាស្ត្រគឺថា ការគណនាគឺជាប្រភេទនៃនីតិវិធីឡូជីខលអរូបី ដែលគួរតែត្រូវបានសិក្សាដោយគណិតវិទូ មិនមែនអ្នករូបវិទ្យាទេ។

នៅពេលដែលកុំព្យូទ័រកាន់តែរីករាលដាល អ្នកវិទ្យាសាស្ត្រ quantum បានសន្និដ្ឋានថា វាមិនអាចទៅរួចទេក្នុងការគណនាដោយផ្ទាល់នូវស្ថានភាពនៃប្រព័ន្ធវិវឌ្ឍន៍ដែលមានតែភាគល្អិតអន្តរកម្មមួយចំនួនប៉ុណ្ណោះ ដូចជាម៉ូលេគុលមេតាន (CH 4)។ នេះត្រូវបានពន្យល់ដោយការពិតដែលថា ដើម្បីពិពណ៌នាពេញលេញអំពីប្រព័ន្ធស្មុគស្មាញ វាចាំបាច់ក្នុងការរក្សាទុកក្នុងអង្គចងចាំកុំព្យូទ័រនូវចំនួនអថេរដែលមានទំហំធំ (គិតជាចំនួនភាគល្អិត) ដែលហៅថាអំព្លីទីត quantum ។ ស្ថានភាពផ្ទុយស្រឡះមួយបានកើតឡើង៖ ការដឹងពីសមីការនៃការវិវត្តន៍ ដោយដឹងពីភាពត្រឹមត្រូវគ្រប់គ្រាន់នូវសក្តានុពលនៃអន្តរកម្មនៃភាគល្អិតជាមួយគ្នាទៅវិញទៅមក និងស្ថានភាពដំបូងនៃប្រព័ន្ធ វាស្ទើរតែមិនអាចគណនាអនាគតរបស់វាបាន ទោះបីជាប្រព័ន្ធមានតែមួយក៏ដោយ។ 30 អេឡិចត្រុងនៅក្នុងអណ្តូងសក្តានុពលមួយហើយមាន supercomputer ជាមួយ អង្គ​ចងចាំចំនួនប៊ីតដែលស្មើនឹងចំនួនអាតូមនៅក្នុងតំបន់ដែលអាចមើលឃើញនៃសកលលោក (!)។ ហើយក្នុងពេលជាមួយគ្នានេះ ដើម្បីសិក្សាពីសក្ដានុពលនៃប្រព័ន្ធបែបនេះ អ្នកគ្រាន់តែអាចធ្វើការពិសោធន៍ជាមួយអេឡិចត្រុងចំនួន 30 ដោយដាក់វានៅក្នុងសក្តានុពលមួយ និងស្ថានភាពដំបូង។ ជាពិសេសនេះត្រូវបានកត់សម្គាល់ដោយគណិតវិទូជនជាតិរុស្ស៊ី Yu. ក្នុងទសវត្សរ៍ឆ្នាំ 1980 បញ្ហាដូចគ្នានេះត្រូវបានសិក្សាដោយអ្នករូបវិទ្យាជនជាតិអាមេរិក P. Benev ដែលបានបង្ហាញយ៉ាងច្បាស់ថាប្រព័ន្ធ quantum អាចអនុវត្តការគណនាបាន ក៏ដូចជាអ្នកវិទ្យាសាស្ត្រអង់គ្លេស D. Deutsch ដែលទ្រឹស្តីបានបង្កើតកុំព្យូទ័រ quantum សកលដែលខ្ពស់ជាងវា។ សមភាគីបុរាណ។

ម្ចាស់ជ័យលាភីបានទាក់ទាញការយកចិត្តទុកដាក់យ៉ាងខ្លាំងចំពោះបញ្ហានៃការអភិវឌ្ឍន៍កុំព្យូទ័រ quantum រង្វាន់ណូបែលនៅក្នុងរូបវិទ្យា R. Feynman ដែលស្គាល់យ៉ាងច្បាស់ចំពោះអ្នកអានវិទ្យាសាស្ត្រ និងជីវិត។ សូមអរគុណដល់ការហៅដ៏មានសិទ្ធិអំណាចរបស់គាត់ ចំនួននៃអ្នកឯកទេសដែលបានយកចិត្តទុកដាក់លើការគណនា Quantum បានកើនឡើងជាច្រើនដង។

ប៉ុន្តែអស់រយៈពេលជាយូរ វានៅតែមិនច្បាស់ថាតើថាមពលគណនាសម្មតិកម្មនៃកុំព្យូទ័រ quantum អាចត្រូវបានប្រើដើម្បីបង្កើនល្បឿននៃដំណោះស្រាយនៃបញ្ហាជាក់ស្តែង។ ប៉ុន្តែនៅឆ្នាំ 1994 គណិតវិទូជនជាតិអាមេរិក និងជាបុគ្គលិកនៃក្រុមហ៊ុន Lucent Technologies (USA) P. Shor បានធ្វើឱ្យពិភពវិទ្យាសាស្ត្រភ្ញាក់ផ្អើលដោយស្នើនូវក្បួនដោះស្រាយ Quantum ដែលអនុញ្ញាតឱ្យមានកត្តាកត្តាលឿននៃចំនួនធំ (សារៈសំខាន់នៃបញ្ហានេះត្រូវបានពិភាក្សារួចហើយនៅក្នុងសេចក្តីផ្តើម) ។ បើប្រៀបធៀបទៅនឹងវិធីសាស្ត្របុរាណដ៏ល្អបំផុតដែលគេស្គាល់នាពេលបច្ចុប្បន្ននេះ ក្បួនដោះស្រាយ Quantum របស់ Shor ផ្តល់នូវការបង្កើនល្បឿននៃការគណនាជាច្រើន ហើយលេខដែលកំណត់កាន់តែយូរ ល្បឿនកាន់តែកើនឡើង។ ក្បួនដោះស្រាយកត្តាកត្តារហ័សគឺមានការចាប់អារម្មណ៍ជាក់ស្តែងដ៏អស្ចារ្យសម្រាប់ទីភ្នាក់ងារស៊ើបការណ៍សម្ងាត់ផ្សេងៗដែលមានសារដែលមិនបានឌិគ្រីបពីធនាគារ។

ក្នុងឆ្នាំ 1996 សហសេវិករបស់ Shore នៅ Lucent Technologies L. Grover បានស្នើរក្បួនដោះស្រាយ Quantum សម្រាប់ការស្វែងរករហ័សនៅក្នុងមូលដ្ឋានទិន្នន័យដែលមិនមានលំដាប់។ (ឧទាហរណ៍នៃមូលដ្ឋានទិន្នន័យបែបនេះគឺជាសៀវភៅទូរស័ព្ទដែលឈ្មោះអ្នកជាវត្រូវបានរៀបចំមិនមែនតាមអក្ខរក្រមទេ ប៉ុន្តែតាមអំពើចិត្ត។) ភារកិច្ចស្វែងរក ជ្រើសរើសធាតុដ៏ល្អប្រសើរក្នុងចំណោមជម្រើសជាច្រើនត្រូវបានជួបប្រទះជាញឹកញាប់នៅក្នុងសេដ្ឋកិច្ច យោធា។ បញ្ហាវិស្វកម្ម, ក្នុង ហ្គេម​កុំព្យូទ័រ. ក្បួនដោះស្រាយរបស់ Grover អនុញ្ញាតឱ្យមិនត្រឹមតែបង្កើនល្បឿនដំណើរការស្វែងរកប៉ុណ្ណោះទេ ប៉ុន្តែថែមទាំងបង្កើនចំនួនប៉ារ៉ាម៉ែត្រដែលគិតដល់ទៅប្រហែលពីរដងនៅពេលជ្រើសរើសជម្រើសល្អបំផុត។

ការបង្កើតពិតប្រាកដនៃកុំព្យូទ័រ quantum ត្រូវបានរារាំងដោយបញ្ហាធ្ងន់ធ្ងរតែមួយគត់ - កំហុស ឬការជ្រៀតជ្រែក។ ការពិតគឺថាកម្រិតនៃការជ្រៀតជ្រែកដូចគ្នាធ្វើឱ្យខូចដំណើរការនៃការគណនា Quantum ខ្លាំងជាងការគណនាបុរាណ។ P. Shor បានគូសបញ្ជាក់ពីវិធីដោះស្រាយបញ្ហានេះក្នុងឆ្នាំ 1995 ដោយបង្កើតគ្រោងការណ៍សម្រាប់ការអ៊ិនកូដរដ្ឋ quantum និងកែកំហុសនៅក្នុងពួកគេ។ ជាអកុសល ប្រធានបទនៃការកែកំហុសនៅក្នុងកុំព្យូទ័រ quantum គឺមានសារៈសំខាន់ដូចដែលវាស្មុគស្មាញក្នុងការគ្របដណ្តប់នៅក្នុងអត្ថបទនេះ។

ឧបករណ៍នៃកុំព្យូទ័រ QUANTUM

មុននឹងយើងប្រាប់អ្នកពីរបៀបដែល quantum computer ដំណើរការ ចូរយើងរំលឹកពីលក្ខណៈសំខាន់ៗនៃប្រព័ន្ធ quantum (សូមមើលផងដែរ “Science and Life” លេខ 8, 1998, លេខ 12, 2000)។

ដើម្បីយល់ពីច្បាប់នៃពិភពកង់ទិច មិនគួរពឹងផ្អែកដោយផ្ទាល់លើបទពិសោធន៍ប្រចាំថ្ងៃនោះទេ។ នៅក្នុងវិធីធម្មតា (ក្នុងការយល់ដឹងប្រចាំថ្ងៃ) ភាគល្អិតកង់ទិចមានឥរិយាបទលុះត្រាតែយើង "មើល" ពួកវាជានិច្ច ឬនិយាយយ៉ាងតឹងរ៉ឹងជាងនេះ វាស់ស្ថានភាពដែលពួកវាមានជានិច្ច។ ប៉ុន្តែភ្លាមៗនៅពេលដែលយើង "ងាកចេញ" (ឈប់សង្កេត) ភាគល្អិតកង់ទិចភ្លាមៗផ្លាស់ទីពីស្ថានភាពជាក់លាក់មួយទៅជាទម្រង់ផ្សេងៗគ្នាជាច្រើនក្នុងពេលតែមួយ។ នោះគឺ អេឡិចត្រុង (ឬវត្ថុកង់ទិចផ្សេងទៀត) នឹងស្ថិតនៅផ្នែកមួយនៅចំណុចមួយ មួយផ្នែកនៅចំនុចមួយទៀត មួយផ្នែកនៅទីបី។ បន្ទាប់មក វាអាចទៅរួចក្នុងការផ្តាច់ផ្នែកខ្លះនៃអេឡិចត្រុង និងវាស់បន្ទុក ឬម៉ាស់របស់វា។ ប៉ុន្តែបទពិសោធន៍បង្ហាញថា បន្ទាប់ពីការវាស់វែង អេឡិចត្រុងតែងតែប្រែទៅជា "សុវត្ថិភាព និងសំឡេង" នៅចំណុចតែមួយ ទោះបីជាការពិតដែលថាមុននេះវាគ្រប់គ្រងស្ទើរតែគ្រប់ទីកន្លែងក្នុងពេលតែមួយក៏ដោយ។ ស្ថានភាពនៃអេឡិចត្រុងនេះ នៅពេលដែលវាស្ថិតនៅចំណុចជាច្រើនក្នុងលំហក្នុងពេលតែមួយ ត្រូវបានគេហៅថា superposition នៃរដ្ឋ quantumហើយជាធម្មតាត្រូវបានពិពណ៌នាដោយមុខងាររលក ដែលណែនាំនៅឆ្នាំ 1926 ដោយរូបវិទូអាល្លឺម៉ង់ E. Schrödinger។ ម៉ូឌុលនៃតម្លៃនៃមុខងាររលកនៅចំណុចណាមួយ ការ៉េ កំណត់ប្រូបាប៊ីលីតេនៃការស្វែងរកភាគល្អិតនៅចំណុចនោះនៅពេលជាក់លាក់មួយ។ បន្ទាប់ពីវាស់ទីតាំងនៃភាគល្អិត មុខងាររលករបស់វាហាក់ដូចជារួញ (ដួលរលំ) ដល់ចំណុចដែលភាគល្អិតត្រូវបានរកឃើញ ហើយបន្ទាប់មកចាប់ផ្តើមរីករាលដាលម្តងទៀត។ ទ្រព្យសម្បត្តិនៃភាគល្អិត quantum ដើម្បីឱ្យមាននៅក្នុងរដ្ឋជាច្រើនក្នុងពេលដំណាលគ្នា, ហៅថា quantum parallelismត្រូវបានប្រើដោយជោគជ័យក្នុងការគណនាកង់ទិច។

ប៊ីត Quantum

កោសិកាមូលដ្ឋាននៃកុំព្យូទ័រ quantum គឺជា quantum bit ឬនិយាយឱ្យខ្លី គូប៊ីត(q-bit) ។ នេះគឺជាភាគល្អិតកង់ទិចដែលមានស្ថានភាពមូលដ្ឋានចំនួនពីរ ដែលត្រូវបានកំណត់ថា 0 និង 1 ឬតាមទម្លាប់នៅក្នុងមេកានិចកង់ទិច និង។ ឧទាហរណ៍ តម្លៃពីរនៃ qubit អាចត្រូវគ្នាទៅនឹងដី និងស្ថានភាពរំភើបនៃអាតូម ទិសដៅឡើងលើ និងចុះក្រោមនៃការបង្វិលនៃស្នូលអាតូម ទិសដៅនៃចរន្តនៅក្នុងសង្វៀន superconducting ទីតាំងពីរដែលអាចធ្វើបាននៃ អេឡិចត្រុងនៅក្នុង semiconductor ជាដើម។

ការចុះឈ្មោះ Quantum

ការចុះឈ្មោះ quantum ត្រូវបានរៀបចំឡើងស្ទើរតែដូចគ្នានឹងបុរាណដែរ។ នេះគឺជាខ្សែសង្វាក់នៃ quantum bits ដែលប្រតិបត្តិការឡូជីខលមួយ និងពីរប៊ីតអាចត្រូវបានអនុវត្ត (ស្រដៀងទៅនឹងការប្រើប្រាស់ NOT, 2I-NOT ។ល។ នៅក្នុងការចុះឈ្មោះបុរាណ)។

ស្ថានភាពជាមូលដ្ឋាននៃការចុះឈ្មោះបរិមាណដែលបង្កើតឡើងដោយ L qubits រួមមានដូចជានៅក្នុងបុរាណ លំដាប់ដែលអាចមានទាំងអស់នៃលេខសូន្យ និងប្រវែង L. វាអាចមានបន្សំផ្សេងគ្នា 2 L សរុប។ ពួកគេអាចត្រូវបានចាត់ទុកថាជាកំណត់ត្រានៃលេខនៅក្នុងទម្រង់គោលពីរពី 0 ដល់ 2 L -1 និងតំណាង។ ទោះជាយ៉ាងណាក៏ដោយ រដ្ឋមូលដ្ឋានទាំងនេះមិនអស់តម្លៃដែលអាចធ្វើបានទាំងអស់នៃបញ្ជីបរិមាណ (មិនដូចលក្ខណៈបុរាណទេ) ព្រោះវាក៏មានស្ថានភាព superposition ដែលកំណត់ដោយទំហំស្មុគស្មាញដែលទាក់ទងនឹងលក្ខខណ្ឌធម្មតាដែរ។ analogue បុរាណសម្រាប់តម្លៃដែលអាចធ្វើបានភាគច្រើននៃការចុះឈ្មោះ quantum (លើកលែងតែមូលដ្ឋាន) គឺមិនមានទេ។ រដ្ឋនៃបញ្ជីបុរាណគឺគ្រាន់តែជាស្រមោលដ៏គួរឱ្យអាណិតនៃទ្រព្យសម្បត្តិទាំងមូលនៃរដ្ឋនៃកុំព្យូទ័រកង់ទិច។

ស្រមៃថាឥទ្ធិពលខាងក្រៅត្រូវបានអនុវត្តទៅលើការចុះឈ្មោះ ជាឧទាហរណ៍ កម្លាំងអគ្គិសនីត្រូវបានអនុវត្តទៅផ្នែកមួយនៃលំហ ឬកាំរស្មីឡាស៊ែរត្រូវបានដឹកនាំ។ ប្រសិនបើវាជាការចុះបញ្ជីបុរាណ កម្លាំងរុញច្រាន ដែលអាចចាត់ទុកថាជាប្រតិបត្តិការគណនានឹងផ្លាស់ប្តូរអថេរ L ។ ប្រសិនបើនេះជា quantum register នោះជីពចរដូចគ្នាអាចបំប្លែងទៅជាអថេរក្នុងពេលដំណាលគ្នា។ ដូច្នេះ ជាគោលការណ៍ quantum register មានសមត្ថភាពដំណើរការព័ត៌មានលឿនជាងសមភាគីបុរាណរបស់វាច្រើនដង។ ពីទីនេះវាច្បាស់ណាស់ថាការចុះបញ្ជីបរិមាណតូច (L<20) могут служить лишь для демонстрации отдельных узлов и принципов работы квантового компьютера, но не принесут большой практической пользы, так как не сумеют обогнать современные ЭВМ, а стоить будут заведомо дороже. В действительности квантовое ускорение обычно значительно меньше, чем приведенная грубая оценка сверху (это связано со сложностью получения បរិមាណដ៏ច្រើន។ទំហំ និងអានលទ្ធផល) ដូច្នេះ កុំព្យូទ័រ Quantum ដែលមានប្រយោជន៍ជាក់ស្តែងត្រូវតែមាន qubits រាប់ពាន់។ ប៉ុន្តែម្យ៉ាងវិញទៀត វាច្បាស់ណាស់ថា ដើម្បីសម្រេចបាននូវល្បឿនពិតនៃការគណនា មិនចាំបាច់ប្រមូលប៊ីតចំនួនរាប់លានដុំនោះទេ។ កុំព្យូទ័រដែលមានអង្គចងចាំដែលវាស់ត្រឹមតែគីឡូបៃនឹងលឿនមិនសមាមាត្រក្នុងកិច្ចការមួយចំនួនជាងកុំព្យូទ័រទំនើបបុរាណដែលមានអង្គចងចាំ terabytes ។

ទោះជាយ៉ាងណាក៏ដោយ គួរកត់សំគាល់ថា មានបញ្ហាមួយប្រភេទដែល quantum algorithms មិនផ្តល់ការបង្កើនល្បឿនខ្លាំងបើប្រៀបធៀបទៅនឹងបុរាណ។ អ្នកទីមួយដែលបង្ហាញនេះគឺជាគណិតវិទូជនជាតិរុស្សី Yu.

យ៉ាង​ណា​ក៏​ដោយ គ្មាន​ការ​សង្ស័យ​ទេ​ថា កុំព្យូទ័រ​ដែល​ដំណើរ​ការ​ដោយ​យោង​ទៅ​តាម​ច្បាប់​នៃ​មេកានិច​កង់ទិច គឺជា​ដំណាក់កាល​ថ្មី​មួយ​ដែល​សម្រេច​ចិត្ត​ក្នុង​ការ​វិវត្ត​នៃ​ប្រព័ន្ធ​កុំព្យូទ័រ។ អ្វីដែលនៅសល់គឺត្រូវសាងសង់ពួកគេ។

QUANTUM កុំព្យូទ័រថ្ងៃនេះ

គំរូកុំព្យូទ័រ quantum មានរួចហើយសព្វថ្ងៃនេះ។ ពិតមែនហើយ រហូតមកដល់ពេលនេះ គេអាចធ្វើការពិសោធន៍ដើម្បីប្រមូលផ្តុំតែការចុះឈ្មោះតូចៗដែលមានតែប៊ីត quantum ពីរបីប៉ុណ្ណោះ។ ដូច្នេះហើយ ថ្មីៗនេះ ក្រុមមួយដែលដឹកនាំដោយរូបវិទូជនជាតិអាមេរិក I. Chang (IBM) បានប្រកាសពីការផ្គុំកុំព្យូទ័រ 5-bit quantum ។ ដោយមិនសង្ស័យ នេះគឺជាជោគជ័យដ៏អស្ចារ្យ។ ជាអកុសល ប្រព័ន្ធ quantum ដែលមានស្រាប់មិនទាន់មានលទ្ធភាពផ្តល់ការគណនាដែលអាចទុកចិត្តបាននៅឡើយទេព្រោះវាត្រូវបានគ្រប់គ្រងមិនបានល្អ ឬងាយនឹងសំលេងរំខាន។ ទោះយ៉ាងណាក៏ដោយ មិនមានការរឹតបន្តឹងលើការកសាងកុំព្យូទ័រ quantum ដ៏មានប្រសិទ្ធភាពនោះទេ វាគ្រាន់តែជាការចាំបាច់ដើម្បីយកឈ្នះលើការលំបាកផ្នែកបច្ចេកវិទ្យាប៉ុណ្ណោះ។

មានគំនិត និងសំណើជាច្រើនអំពីវិធីបង្កើត quantum bits ដែលអាចទុកចិត្តបាន និងងាយស្រួលគ្រប់គ្រង។

I. Chang បង្កើតគំនិតនៃការប្រើប្រាស់វិលនៃស្នូលនៃម៉ូលេគុលសរីរាង្គមួយចំនួនជា qubits ។

អ្នកស្រាវជ្រាវជនជាតិរុស្សី M.V. Feigelman ធ្វើការនៅវិទ្យាស្ថានទ្រឹស្តីរូបវិទ្យា។ L.D. Landau RAS ស្នើឱ្យប្រមូលផ្តុំ quantum registers ពីចិញ្ចៀនដែលមានអនុភាពខ្នាតតូច។ ចិញ្ចៀននីមួយៗដើរតួជា qubit ហើយរដ្ឋ 0 និង 1 ត្រូវគ្នាទៅនឹងទិសដៅនៃចរន្តអគ្គិសនីនៅក្នុងសង្វៀន - ទ្រនិចនាឡិកានិងច្រាសទ្រនិចនាឡិកា។ qubits បែបនេះអាចត្រូវបានប្តូរដោយប្រើវាលម៉ាញេទិក។

នៅវិទ្យាស្ថានរូបវិទ្យា និងបច្ចេកវិទ្យានៃបណ្ឌិត្យសភាវិទ្យាសាស្ត្ររុស្ស៊ី ក្រុមដែលដឹកនាំដោយអ្នកសិក្សា K. A. Valiev បានស្នើជម្រើសពីរសម្រាប់ការដាក់ qubits នៅក្នុងរចនាសម្ព័ន្ធ semiconductor ។ ក្នុងករណីទី 1 តួនាទីរបស់ qubit ត្រូវបានលេងដោយអេឡិចត្រុងនៅក្នុងប្រព័ន្ធនៃអណ្តូងសក្តានុពលពីរដែលបង្កើតឡើងដោយវ៉ុលដែលបានអនុវត្តទៅអេឡិចត្រូតខ្នាតតូចនៅលើផ្ទៃនៃ semiconductor ។ រដ្ឋ 0 និង 1 គឺជាទីតាំងរបស់អេឡិចត្រុងនៅក្នុងអណ្តូងមួយក្នុងចំណោមអណ្តូងទាំងនេះ។ qubit ត្រូវបានប្តូរដោយការផ្លាស់ប្តូរវ៉ុលនៅលើមួយនៃអេឡិចត្រូត។ នៅក្នុងកំណែមួយផ្សេងទៀត qubit គឺជាស្នូលនៃអាតូមផូស្វ័រដែលបានបង្កប់នៅចំណុចជាក់លាក់មួយនៃ semiconductor ។ រដ្ឋ 0 និង 1 - ទិសដៅនៃការបង្វិលនុយក្លេអ៊ែរតាមបណ្តោយឬប្រឆាំងនឹងដែនម៉ាញេទិកខាងក្រៅ។ ការត្រួតពិនិត្យត្រូវបានអនុវត្តដោយប្រើសកម្មភាពរួមបញ្ចូលគ្នានៃជីពចរម៉ាញ៉េទិចនៃប្រេកង់ resonant និងវ៉ុលជីពចរ។

ដូច្នេះ ការស្រាវជ្រាវកំពុងដំណើរការយ៉ាងសកម្ម ហើយគេអាចសន្និដ្ឋានបានថា ក្នុងពេលអនាគតដ៏ខ្លីខាងមុខនេះ ក្នុងរយៈពេលដប់ឆ្នាំទៀត កុំព្យូទ័រ quantum ដ៏មានប្រសិទ្ធភាពមួយនឹងត្រូវបានបង្កើតឡើង។

សម្លឹងមើលទៅអនាគត

ដូច្នេះវាអាចទៅរួចដែលថានៅពេលអនាគតកុំព្យូទ័រ quantum នឹងត្រូវបានផលិតដោយប្រើវិធីសាស្រ្តប្រពៃណីនៃបច្ចេកវិទ្យាមីក្រូអេឡិចត្រូនិច និងមានអេឡិចត្រូតបញ្ជាជាច្រើន ដែលនឹកឃើញដល់មីក្រូដំណើរការទំនើប។ ដើម្បីកាត់បន្ថយកម្រិតសំលេងរំខាន ដែលមានសារៈសំខាន់សម្រាប់ដំណើរការធម្មតានៃកុំព្យូទ័រ quantum នោះ ជាក់ស្តែង ម៉ូដែលដំបូងនឹងត្រូវធ្វើឱ្យត្រជាក់ជាមួយនឹង helium រាវ។ វាទំនងជាថាកុំព្យូទ័រ quantum ដំបូងនឹងមានឧបករណ៍សំពីងសំពោង និងមានតម្លៃថ្លៃ ដែលនឹងមិនសមនៅលើតុ ហើយត្រូវបានថែទាំដោយបុគ្គលិកដ៏ធំនៃអ្នកសរសេរកម្មវិធីប្រព័ន្ធ និងអ្នកកែតម្រូវផ្នែករឹងនៅក្នុងអាវពណ៌ស។ ទីមួយ មានតែភ្នាក់ងាររដ្ឋាភិបាលទេដែលអាចចូលប្រើប្រាស់បាន បន្ទាប់មកអង្គការពាណិជ្ជកម្មដែលមានទ្រព្យសម្បត្តិ។ ប៉ុន្តែយុគសម័យនៃកុំព្យូទ័រធម្មតាបានចាប់ផ្តើមតាមរបៀបដូចគ្នា។

តើនឹងមានអ្វីកើតឡើងចំពោះកុំព្យូទ័របុរាណ? តើពួកគេនឹងស្លាប់ទេ? ស្ទើរតែ។ ទាំងកុំព្យូទ័របុរាណ និង Quantum មានផ្នែកផ្ទាល់ខ្លួននៃកម្មវិធី។ ទោះបីជាភាគច្រើនទំនងជាសមាមាត្រនៅលើទីផ្សារនឹងផ្លាស់ប្តូរបន្តិចម្តង ៗ ឆ្ពោះទៅរកចុងក្រោយ។

ការណែនាំនៃកុំព្យូទ័រ quantum នឹងមិននាំទៅរកដំណោះស្រាយនៃបញ្ហាបុរាណដែលមិនអាចដោះស្រាយបានជាមូលដ្ឋាននោះទេ ប៉ុន្តែវានឹងបង្កើនល្បឿននៃការគណនាមួយចំនួនប៉ុណ្ណោះ។ លើសពីនេះ ការប្រាស្រ័យទាក់ទងគ្នាតាមកង់ទិចនឹងក្លាយជាអាចធ្វើទៅបាន - ការផ្ទេរ qubits ពីចម្ងាយ ដែលនឹងនាំទៅដល់ការលេចចេញនូវប្រភេទនៃអ៊ិនធឺណិត quantum ។ ការទំនាក់ទំនង Quantum នឹងធ្វើឱ្យវាអាចធ្វើទៅបានដើម្បីផ្តល់នូវសុវត្ថិភាព (ដោយច្បាប់នៃមេកានិចកង់ទិច) ការតភ្ជាប់របស់អ្នកគ្រប់គ្នាពីការលួចស្តាប់។ ព័ត៌មានរបស់អ្នកត្រូវបានរក្សាទុកក្នុងមូលដ្ឋានទិន្នន័យ quantum នឹងត្រូវបានការពារយ៉ាងជឿជាក់ពីការចម្លងជាងវាឥឡូវនេះ។ ក្រុមហ៊ុនដែលផលិតកម្មវិធីសម្រាប់កុំព្យូទ័រ quantum នឹងអាចការពារពួកគេពីការណាមួយ រួមទាំងការចម្លងខុសច្បាប់។

សម្រាប់ការយល់ដឹងកាន់តែស៊ីជម្រៅអំពីប្រធានបទនេះ អ្នកអាចអានអត្ថបទពិនិត្យឡើងវិញដោយ E. Riffel និង V. Polak "មូលដ្ឋានគ្រឹះនៃការគណនា Quantum" ដែលបានបោះពុម្ពផ្សាយនៅក្នុងទស្សនាវដ្តីរុស្ស៊ី "Quantum Computers and Quantum Computing" (លេខ 1, 2000)។ (ដោយវិធីនេះ វាគឺជាទិនានុប្បវត្តិដំបូងគេ ហើយរហូតមកដល់ពេលនេះ គឺជាទិនានុប្បវត្តិតែមួយគត់ក្នុងពិភពលោកដែលឧទ្ទិសដល់ការគណនាកង់ទិច។ ព័ត៌មានបន្ថែមអំពីវាអាចរកបាននៅលើអ៊ីនធឺណិតនៅ http://rcd.ru/qc ។ ) នៅពេលដែលអ្នកបានស្ទាត់ជំនាញលើការងារនេះ អ្នកនឹងអាចអានអត្ថបទវិទ្យាសាស្ត្រស្តីពី quantum computing។

ការរៀបចំគណិតវិទ្យាបឋមបន្តិចបន្ថែមទៀតនឹងត្រូវបានទាមទារនៅពេលអានសៀវភៅដោយ A. Kitaev, A. Shen, M. Vyaly “Classical and Quantum Computations” (ម៉ូស្គូ: MTsNMO-CheRo, 1999)។

ទិដ្ឋភាពជាមូលដ្ឋានមួយចំនួននៃមេកានិចកង់ទិច ដែលចាំបាច់សម្រាប់អនុវត្តការគណនាកង់ទិចត្រូវបានពិភាក្សានៅក្នុងសៀវភៅដោយ V.V. Belokurov, O.D. Timofeevskaya, O.A. Khrustalev "Quantum teleportation - អព្ភូតហេតុធម្មតា" (Izhevsk: RHD, 2000) ។

គ្រឹះស្ថានបោះពុម្ព RCD កំពុងរៀបចំបោះពុម្ពការបកប្រែការពិនិត្យឡើងវិញរបស់ A. Steen នៅលើកុំព្យូទ័រ quantum ជាសៀវភៅដាច់ដោយឡែកមួយ។

អក្សរសិល្ប៍ខាងក្រោមនឹងមានប្រយោជន៍មិនត្រឹមតែការអប់រំប៉ុណ្ណោះទេ ប៉ុន្តែថែមទាំងជាប្រវត្តិសាស្ត្រផងដែរ៖

1) Yu. I. Manin ។ អាចគណនាបាន និងមិនអាចគណនាបាន។

អិមៈ សុ. វិទ្យុ, ឆ្នាំ 1980 ។

2) J. von Neumann ។ មូលដ្ឋានគ្រឹះគណិតវិទ្យានៃមេកានិចកង់ទិច។

អិមៈ ណៅកា ឆ្នាំ ១៩៦៤។

3) R. Feynman ។ ការក្លែងធ្វើរូបវិទ្យាលើកុំព្យូទ័រ // Quantum computer and quantum computing:

សៅរ៍ ក្នុង 2 ភាគ - Izhevsk: RHD, 1999. T. 2, ទំ។ ៩៦-១២៣។

4) R. Feynman ។ កុំព្យូទ័រមេកានិច Quantum

// Ibid., ទំ។ ១២៣.–១៥៦.

មើលបញ្ហាលើប្រធានបទដូចគ្នា។

ហេតុផលដែលការធ្វើគំរូបែបនេះមានសារៈសំខាន់គឺថា កុំព្យូទ័រឌីជីថលបុរាណមិនអាចធ្វើអ្វីបានច្រើនអំពីស្ថានភាពពហុយោង។ ក្នុងករណីជាច្រើន វិធីសាស្ត្រគណនាបែបបុរាណមិនត្រឹមតែជាបរិមាណប៉ុណ្ណោះទេ ថែមទាំងមានលក្ខណៈគុណភាពមិនអាចពិពណ៌នាអំពីរចនាសម្ព័ន្ធអេឡិចត្រូនិចនៃម៉ូលេគុលផងដែរ។

បញ្ហាសំខាន់មួយដែលត្រូវបានដោះស្រាយនាពេលថ្មីៗនេះគឺការស្វែងរកវិធីដែលកុំព្យូទ័រ quantum អាចអនុវត្តការគណនាប្រកបដោយប្រសិទ្ធភាព និងជាមួយនឹងភាពជាក់លាក់គីមីដែលត្រូវការសម្រាប់ពិភពពិត។ កម្មវិធីនេះត្រូវបានដំណើរការលើប្រព័ន្ធដំណើរការ IBM 20-qubit ។

ហេតុអ្វីបានជាគីមីវិទ្យាក្លាយជាប្រធានបទនៃការចាប់អារម្មណ៍បែបនេះ? គីមីវិទ្យាគឺជាកម្មវិធីពាណិជ្ជកម្មដែលរកប្រាក់ចំណេញច្រើនបំផុតសម្រាប់ហេតុផលមួយចំនួន។ អ្នកវិទ្យាសាស្ត្រសង្ឃឹមថានឹងរកឃើញវត្ថុធាតុដែលមានប្រសិទ្ធភាពថាមពលបន្ថែមទៀតដែលអាចប្រើក្នុងអាគុយ ឬបន្ទះស្រូបពន្លឺព្រះអាទិត្យ។ វាក៏មានអត្ថប្រយោជន៍ផ្នែកបរិស្ថានផងដែរ៖ ប្រហែលពីរភាគរយនៃថាមពលរបស់ពិភពលោកចូលទៅក្នុងការផលិតជី ដែលមិនមានប្រសិទ្ធភាពខ្លាំង ហើយអាចត្រូវបានកែលម្អតាមរយៈការវិភាគគីមីដ៏ស្មុគ្រស្មាញ។

ជាចុងក្រោយ មានកម្មវិធីនៅក្នុងឱសថផ្ទាល់ខ្លួន ដែលមានសមត្ថភាពទស្សន៍ទាយពីរបៀបដែលឱសថនឹងប៉ះពាល់ដល់មនុស្សដោយផ្អែកលើហ្សែនរបស់ពួកគេ។ ក្នុងរយៈពេលវែង វាគឺជាឱកាសមួយក្នុងការអភិវឌ្ឍន៍ថ្នាំសម្រាប់មនុស្សជាក់លាក់ ដើម្បីបង្កើនប្រសិទ្ធភាពព្យាបាល និងកាត់បន្ថយផលប៉ះពាល់ជាអតិបរមា។

CQC និង JSR Corp មានយុទ្ធសាស្រ្តពីរដែលអនុញ្ញាតឱ្យអ្នកវិទ្យាសាស្ត្រសម្រេចបាននូវរបកគំហើញនេះ។ ដំបូង ពួកគេបានប្រើកម្មវិធីចងក្រងកម្មសិទ្ធិរបស់ CQC ដើម្បីបំប្លែងកម្មវិធីកុំព្យូទ័រឱ្យមានប្រសិទ្ធភាពបំផុត ទៅជាការណែនាំសម្រាប់រៀបចំ qubit ។ ប្រសិទ្ធភាពនេះមានសារៈសំខាន់ជាពិសេសលើម៉ាស៊ីន low-qubit ទំនើប ដែលរាល់ qubit មានសារៈសំខាន់ និងចាំបាច់ ហើយល្បឿនប្រតិបត្តិគឺសំខាន់។

ទីពីរ ពួកគេបានប្រើការរៀនម៉ាស៊ីន quantum ដែលជាផ្នែករងឯកទេសនៃការរៀនម៉ាស៊ីនដែលប្រើទំហំវ៉ិចទ័រជាជាងគ្រាន់តែជាប្រូបាប៊ីលីតេ។ វិធីសាស្រ្តរៀនម៉ាស៊ីន quantum ដែលប្រើត្រូវបានរចនាឡើងជាពិសេសសម្រាប់កុំព្យូទ័រ quantum ទាប ជាមួយនឹងការបិទដោយផ្នែកដោយប្រើ processors ប្រពៃណី។

Quantum ត្រូវ​បាន​គេ​រំពឹង​ថា​នឹង​ទទួល​បាន​ការ​ធ្វើ​ឱ្យ​ប្រសើរ​ឡើង​យ៉ាង​ខ្លាំង​ទាំង​ផ្នែក​រឹង និង​កម្មវិធី​ក្នុង​រយៈពេល​ប៉ុន្មាន​ឆ្នាំ​ខាង​មុខ​នេះ។ នៅពេលដែលការគណនាកាន់តែមានភាពត្រឹមត្រូវ ឧស្សាហកម្មកាន់តែច្រើនអាចទាញយកអត្ថប្រយោជន៍ពីកម្មវិធីនៃកុំព្យូទ័រ quantum រួមទាំងគីមីវិទ្យា quantum ផងដែរ។ Gartner ព្យាករណ៍ថាក្នុងរយៈពេល 4 ឆ្នាំ 20% នៃសាជីវកម្មនឹងមានថវិកាសម្រាប់ការគណនា Quantum ។ ក្នុងរយៈពេលដប់ឆ្នាំ ពួកគេនឹងក្លាយជាធាតុផ្សំដ៏សំខាន់នៃបច្ចេកវិទ្យា។

ការបង្កើតកុំព្យូទ័រ quantum សកល គឺជាបញ្ហាដ៏លំបាកបំផុតមួយនៃរូបវិទ្យាទំនើប ដំណោះស្រាយដែលនឹងផ្លាស់ប្តូរយ៉ាងខ្លាំងនូវគំនិតរបស់មនុស្សជាតិអំពីអ៊ីនធឺណិត និងវិធីសាស្រ្តនៃការផ្ទេរព័ត៌មាន សន្តិសុខតាមអ៊ីនធឺណិត និងគ្រីបគ្រីប រូបិយប័ណ្ណអេឡិចត្រូនិក បញ្ញាសិប្បនិម្មិត និងប្រព័ន្ធរៀនម៉ាស៊ីន។ វិធីសាស្រ្តសម្រាប់ការសំយោគសម្ភារៈ និងថ្នាំថ្មី វិធីសាស្រ្តក្នុងការធ្វើគំរូតាមប្រព័ន្ធរូបវិទ្យា quantum និង ultra-large (Big Data) ។

ការរីកចម្រើននិទស្សន្តនៃវិមាត្រនៅពេលព្យាយាមគណនាប្រព័ន្ធពិត ឬប្រព័ន្ធកង់ទិចដ៏សាមញ្ញបំផុត គឺជាឧបសគ្គដែលមិនអាចគ្រប់គ្រងបានសម្រាប់កុំព្យូទ័របុរាណ។ ទោះយ៉ាងណាក៏ដោយនៅឆ្នាំ 1980 Yuri Manin និង Richard Feynman (ក្នុងឆ្នាំ 1982 ប៉ុន្តែលម្អិតបន្ថែមទៀត) បានដាក់ចេញនូវគំនិតនៃការប្រើប្រាស់ប្រព័ន្ធ Quantum សម្រាប់កុំព្យូទ័រដោយឯករាជ្យ។ មិនដូចកុំព្យូទ័រទំនើបបុរាណទេ សៀគ្វីកង់ទិចប្រើ qubits (quantum bits) សម្រាប់ការគណនា ដែលតាមធម្មជាតិរបស់វាគឺជាប្រព័ន្ធពីរកម្រិត quantum និងធ្វើឱ្យវាអាចប្រើដោយផ្ទាល់នូវបាតុភូតនៃ quantum superposition ។ ម្យ៉ាងវិញទៀត នេះមានន័យថា qubit អាចស្ថិតនៅក្នុងរដ្ឋ |0> និង |1> ក្នុងពេលដំណាលគ្នា ហើយ qubit ពីរដែលតភ្ជាប់គ្នាអាចក្នុងពេលដំណាលគ្នានៅក្នុងរដ្ឋ |00>, |10>, |01> និង |11>។ វាគឺជាទ្រព្យសម្បត្តិនៃប្រព័ន្ធ quantum ដែលគួរតែផ្តល់នូវការកើនឡើងអិចស្ប៉ូណង់ស្យែលក្នុងដំណើរការនៃការគណនាប៉ារ៉ាឡែល ដែលធ្វើអោយកុំព្យូទ័រ quantum លឿនជាងកុំព្យូទ័រទំនើបដ៏មានឥទ្ធិពលបំផុតរាប់លានដង។

ក្នុងឆ្នាំ 1994 លោក Peter Shor បានស្នើរក្បួនដោះស្រាយ quantum សម្រាប់ការរាប់លេខទៅជាកត្តាសំខាន់។ សំណួរនៃអត្ថិភាពនៃដំណោះស្រាយបុរាណដ៏មានប្រសិទ្ធភាពចំពោះបញ្ហានេះមានសារៈសំខាន់ខ្លាំងណាស់ ហើយនៅតែបើកចំហរ ខណៈពេលដែលក្បួនដោះស្រាយ Quantum របស់ Shor ផ្តល់នូវការបង្កើនល្បឿនអិចស្ប៉ូណង់ស្យែលទាក់ទងទៅនឹង analogue បុរាណដ៏ល្អបំផុត។ ឧទាហរណ៍ កុំព្យូទ័រទំនើបក្នុងជួរ petaflop (10 15 operations/sec) អាចដោះស្រាយលេខដែលមានខ្ទង់ទសភាគ 500 ក្នុងរយៈពេល 5 ពាន់លានឆ្នាំ កុំព្យូទ័រ quantum ក្នុងជួរ megahertz (10 6 operations/sec) នឹងដោះស្រាយបញ្ហាដូចគ្នានៅក្នុង 18 វិនាទី។ វាជាការសំខាន់ក្នុងការកត់សម្គាល់ថាភាពស្មុគស្មាញនៃការដោះស្រាយបញ្ហានេះគឺជាមូលដ្ឋាននៃក្បួនដោះស្រាយសុវត្ថិភាពគ្រីប RSA ដ៏ពេញនិយមដែលនឹងបាត់បង់ភាពពាក់ព័ន្ធបន្ទាប់ពីការបង្កើតកុំព្យូទ័រកង់ទិច។

នៅឆ្នាំ 1996 Lov Grover បានស្នើរក្បួនដោះស្រាយ quantum សម្រាប់ដោះស្រាយបញ្ហារាប់ចំនួន (ស្វែងរក) ជាមួយនឹងការបង្កើនល្បឿន quadratic ។ ទោះបីជាការពិតដែលថាការបង្កើនល្បឿននៃក្បួនដោះស្រាយរបស់ Grover គឺទាបជាងក្បួនដោះស្រាយរបស់ Shor គួរឱ្យកត់សម្គាល់ក៏ដោយ ជួរដ៏ធំទូលាយនៃកម្មវិធីរបស់វាគឺមានសារៈសំខាន់ ហើយភាពមិនអាចទៅរួចជាក់ស្តែងនៃការបង្កើនល្បឿននៃកំណែបុរាណនៃ brute force ។ សព្វថ្ងៃនេះ ក្បួនដោះស្រាយ Quantum ដ៏មានប្រសិទ្ធភាពជាង 40 ត្រូវបានគេស្គាល់ ដែលភាគច្រើនគឺផ្អែកលើគំនិតនៃក្បួនដោះស្រាយ Shor និង Grover ដែលជាការអនុវត្តន៍ដែលជាជំហានដ៏សំខាន់ឆ្ពោះទៅរកការបង្កើតកុំព្យូទ័រ quantum ជាសកល។

ការ​អនុវត្ត​ក្បួន​ដោះស្រាយ​លេខ​កង់​តុម គឺជា​កិច្ចការ​អាទិភាព​មួយ​របស់​មជ្ឈមណ្ឌល​ស្រាវជ្រាវ​រូបវិទ្យា និង​គណិតវិទ្យា។ ការស្រាវជ្រាវរបស់យើងនៅក្នុងតំបន់នេះគឺមានគោលបំណងដើម្បីអភិវឌ្ឍសៀគ្វីរួមបញ្ចូលគ្នានូវ Quantum superconducting multi-qubit ដើម្បីបង្កើតប្រព័ន្ធដំណើរការព័ត៌មាន quantum ជាសកល និងម៉ាស៊ីនក្លែងធ្វើ quantum ។ ធាតុជាមូលដ្ឋាននៃសៀគ្វីបែបនេះគឺផ្លូវរូងក្រោមដីរបស់ Josephson ដែលមានសារធាតុ superconductors ពីរដែលបំបែកដោយរបាំងស្តើង - dielectric ប្រហែល 1 nm ក្រាស់។ qubits superconducting ផ្អែកលើ Josephson junctions នៅពេលដែលត្រជាក់នៅក្នុង cryostats រំលាយទៅស្ទើរតែសីតុណ្ហភាព សូន្យដាច់ខាត(~20 mK) បង្ហាញលក្ខណៈសម្បត្តិមេកានិចកង់ទិច បង្ហាញពីបរិមាណនៃបន្ទុកអគ្គីសនី (បន្ទុក qubits) ដំណាក់កាល ឬលំហូរនៃវាលម៉ាញេទិក (flux qubits) អាស្រ័យលើការរចនារបស់វា។ ធាតុភ្ជាប់ capacitive ឬ inductive ក៏ដូចជា superconducting coplanar resonators ត្រូវបានប្រើដើម្បីបញ្ចូលគ្នា qubits ចូលទៅក្នុងសៀគ្វី ហើយការគ្រប់គ្រងត្រូវបានអនុវត្តដោយ microwave pulses ជាមួយនឹងទំហំ និងដំណាក់កាលដែលបានគ្រប់គ្រង។ សៀគ្វី superconducting មានភាពទាក់ទាញជាពិសេស ព្រោះវាអាចត្រូវបានប្រឌិតដោយប្រើបច្ចេកវិទ្យា planar mass ប្រើក្នុងឧស្សាហកម្ម semiconductor ។ នៅមជ្ឈមណ្ឌលស្រាវជ្រាវរូបវិទ្យា និងគណិតវិទ្យា យើងប្រើប្រាស់ឧបករណ៍ (ថ្នាក់ R&D) ពីក្រុមហ៊ុនផលិតឈានមុខគេរបស់ពិភពលោក ដែលត្រូវបានរចនាឡើងយ៉ាងពិសេស និងបង្កើតសម្រាប់យើង ដោយគិតគូរពីភាពប្លែកនៃដំណើរការបច្ចេកវិជ្ជាសម្រាប់ផលិតសៀគ្វីរួមបញ្ចូលគ្នានូវចរន្តអគ្គីសនីលើសលប់។

ទោះបីជាគុណភាពនៃ superconducting qubits បានប្រសើរឡើងដោយការបញ្ជាទិញស្ទើរតែជាច្រើនដងក្នុងរយៈពេល 15 ឆ្នាំចុងក្រោយនេះ សៀគ្វីរួមបញ្ចូលគ្នានូវ quantum superconducting នៅតែមិនស្ថិតស្ថេរខ្លាំងបើប្រៀបធៀបទៅនឹង processors បុរាណ។ ការបង្កើតកុំព្យូទ័រ quantum multiqubit សកលដែលអាចទុកចិត្តបាន ទាមទារការដោះស្រាយបញ្ហារូបវន្ត បច្ចេកវិទ្យា ស្ថាបត្យកម្ម និងក្បួនដោះស្រាយមួយចំនួនធំ។ REC FMS បានបង្កើតកម្មវិធីស្រាវជ្រាវ និងអភិវឌ្ឍន៍ដ៏ទូលំទូលាយក្នុងទិសដៅនៃការបង្កើតសៀគ្វី quantum superconducting multi-qubit រួមមាន:

• វិធីសាស្រ្តនៃការបង្កើត និងស្រាវជ្រាវសម្ភារៈ និងចំណុចប្រទាក់ថ្មី;
• ការរចនានិងបច្ចេកវិទ្យាផលិតកម្មនៃធាតុសៀគ្វីកង់ទិច;
• ការប្រឌិតដែលអាចធ្វើមាត្រដ្ឋានបាននៃ qubits ដែលមានទំនាក់ទំនងខ្ពស់ និង resonators ដែលមានគុណភាពខ្ពស់;
• tomography (ការវាស់វែងលក្ខណៈ) នៃ qubits superconducting;
• ការគ្រប់គ្រងនៃ qubits superconducting, ការផ្លាស់ប្តូរបរិមាណ (entanglement);
• វិធីសាស្រ្តរកឃើញកំហុស និងក្បួនដោះស្រាយការកែកំហុស;
• ការអភិវឌ្ឍនៃស្ថាបត្យកម្មសៀគ្វីកង់ទិចពហុ Qubit;
• superconducting parametric amplifiers ជាមួយនឹងកម្រិតសំលេងរំខាន quantum ។

ដោយសារតែលក្ខណៈសម្បត្តិដែលមិនមែនជាលីនេអ៊ែររបស់ពួកគេជាមួយនឹងការខាតបង់ទាបបំផុត (ដោយធម្មជាតិ) និងលទ្ធភាពធ្វើមាត្រដ្ឋាន (ផលិតដោយវិធីសាស្រ្ត lithographic) ប្រសព្វ Josephson មានភាពទាក់ទាញខ្លាំងសម្រាប់ការបង្កើតសៀគ្វីអគ្គីសនីលើសចំណុះ។ ជាញឹកញយ ដើម្បីផលិតសៀគ្វី quantum វាចាំបាច់ត្រូវបង្កើត ប្រសព្វ Josephson រាប់រយរាប់ពាន់ ដែលមានទំហំលក្ខណៈនៃលំដាប់ 100 nm ក្នុងគ្រីស្តាល់ np ។ ក្នុងករណីនេះប្រតិបត្តិការដែលអាចទុកចិត្តបាននៃសៀគ្វីត្រូវបានដឹងលុះត្រាតែប៉ារ៉ាម៉ែត្រនៃការផ្លាស់ប្តូរត្រូវបានបង្កើតឡើងវិញយ៉ាងត្រឹមត្រូវ។ និយាយម្យ៉ាងទៀតការផ្លាស់ប្តូរទាំងអស់នៃសៀគ្វីកង់ទិចត្រូវតែដូចគ្នាបេះបិទទាំងស្រុង។ ដើម្បីធ្វើដូចនេះពួកគេងាកទៅរកការប្រើប្រាស់វិធីសាស្រ្តទំនើបបំផុតនៃការ lithography ធ្នឹមអេឡិចត្រុងនិងការទម្លាក់ស្រមោលដែលមានភាពជាក់លាក់ខ្ពស់ជាបន្តបន្ទាប់តាមរយៈរបាំងធន់ទ្រាំឬរឹង។

ការបង្កើតប្រសព្វ Josephson ត្រូវបានអនុវត្តដោយវិធីសាស្ត្រ lithography កម្រិតច្បាស់ខ្ពស់ស្តង់ដារ ដោយប្រើរបាំងការពារពីរស្រទាប់ ឬរឹង។ នៅពេលដែលរបាំងពីរស្រទាប់បែបនេះត្រូវបានបង្កើតឡើង បង្អួចត្រូវបានបង្កើតឡើងសម្រាប់ការទម្លាក់ស្រទាប់ superconductor នៅមុំបែបនេះ ដែលជាលទ្ធផលនៃដំណើរការ superposition នៃស្រទាប់ដែលបានដាក់កើតឡើង។ មុនពេលទម្លាក់ស្រទាប់ superconductor ទីពីរ ស្រទាប់ផ្លូវរូងក្រោមដី Josephson junction dielectric ដែលមានគុណភាពខ្ពស់ត្រូវបានបង្កើតឡើង។ បន្ទាប់ពីប្រសព្វ Josephson ត្រូវបានបង្កើតឡើង របាំងពីរស្រទាប់ត្រូវបានដកចេញ។ ក្នុងពេលជាមួយគ្នានេះ នៅដំណាក់កាលនីមួយៗនៃការបង្កើតការផ្លាស់ប្តូរ កត្តាសំខាន់មួយគឺការបង្កើតចំណុចប្រទាក់ "ឧត្តមគតិ" - សូម្បីតែការបំពុលអាតូមិកធ្វើឱ្យប៉ារ៉ាម៉ែត្រនៃសៀគ្វីផលិតទាំងមូលកាន់តែអាក្រក់ទៅ ៗ ។

FMN បានបង្កើត បច្ចេកវិទ្យាអាលុយមីញ៉ូមការបង្កើតប្រសព្វ Josephson Al-AlOx-Al ដែលមានទំហំអប្បបរមាក្នុងចន្លោះពី 100-500 nm និងការផលិតឡើងវិញនៃប៉ារ៉ាម៉ែត្រផ្លាស់ប្តូរទាក់ទងនឹងចរន្តសំខាន់មិនទាបជាង 5% ។ ការស្រាវជ្រាវបច្ចេកវិទ្យាបន្តមានគោលបំណងស្វែងរកសម្ភារៈថ្មី កែលម្អប្រតិបត្តិការបច្ចេកវិទ្យាសម្រាប់បង្កើតផ្លូវប្រសព្វ វិធីសាស្រ្តក្នុងការរួមបញ្ចូលជាមួយដំណើរការបច្ចេកវិជ្ជាកំណត់ផ្លូវថ្មី និងបង្កើនការផលិតឡើងវិញនៃប្រសព្វផលិតកម្ម ខណៈពេលដែលបង្កើនចំនួនរបស់ពួកគេដល់រាប់ម៉ឺនបំណែកនៅលើបន្ទះឈីប។

Josephson qubits (ប្រព័ន្ធកម្រិតពីរ quantum ឬ "អាតូមសិប្បនិម្មិត") ត្រូវបានកំណត់ដោយការបំបែកធម្មតានៃថាមពលនៃស្ថានភាពរំភើបនៃដីទៅជាកម្រិត ហើយត្រូវបានជំរុញដោយមីក្រូវ៉េវស្តង់ដារ (ការលៃតម្រូវខាងក្រៅនៃចម្ងាយរវាងកម្រិត និង eigenstates) នៅ ការបំបែកប្រេកង់នៅក្នុងជួរ gigahertz ។ qubits superconducting ទាំងអស់អាចត្រូវបានបែងចែកទៅជាបន្ទុក (បរិមាណបន្ទុកអគ្គីសនី) និង qubits លំហូរ (វាលម៉ាញេទិកឬបរិមាណដំណាក់កាល) ហើយលក្ខណៈវិនិច្ឆ័យចម្បងសម្រាប់គុណភាពនៃ qubits ពីទស្សនៈនៃការគណនា Quantum គឺពេលវេលាសម្រាក (T1) ពេលវេលាសម្របសម្រួល។ (T2, dephasing) និងពេលវេលាដើម្បីអនុវត្តប្រតិបត្តិការមួយ។ ការចោទប្រកាន់ដំបូងរបស់ qubit ត្រូវបានដឹងនៅក្នុងមន្ទីរពិសោធន៍ NEC (ប្រទេសជប៉ុន) ដោយក្រុមវិទ្យាសាស្ត្រដែលដឹកនាំដោយ Y. Nakamura និង Yu Pashkin (Nature 398, 786–788, 1999) ។ ក្នុងរយៈពេល 15 ឆ្នាំកន្លងមកនេះ ពេលវេលានៃការភ្ជាប់គ្នានៃ qubits superconducting ត្រូវបានធ្វើឱ្យប្រសើរឡើងដោយក្រុមស្រាវជ្រាវឈានមុខគេដោយជិតប្រាំមួយលំដាប់នៃរ៉ិចទ័រ ពី nanoseconds ដល់រាប់រយ microseconds ដែលអនុញ្ញាតឱ្យមានប្រតិបត្តិការរាប់រយពីរ-qubit និងក្បួនដោះស្រាយការកែកំហុស។

នៅមជ្ឈមណ្ឌលស្រាវជ្រាវរូបវិទ្យា និងគណិតវិទ្យា យើងបង្កើត ផលិត និងសាកល្បងគិតថ្លៃ និងលំហូរ qubits នៃការរចនាផ្សេងៗ (ស្ទ្រីម, ហ្វ្លុយសូញ៉ូម, 2D/3D transmons, X-mons ។ល។) ជាមួយនឹងអាលុយមីញ៉ូម Josephson ប្រសព្វ ធ្វើការស្រាវជ្រាវលើសម្ភារៈថ្មី វិធីសាស្រ្តសម្រាប់បង្កើត qubits ដែលមានភាពស៊ីសង្វាក់គ្នាខ្ពស់ក្នុងគោលបំណងធ្វើឱ្យប្រសើរឡើងនូវប៉ារ៉ាម៉ែត្រមូលដ្ឋាននៃ qubits superconducting ។

អ្នកឯកទេសនៃមជ្ឈមណ្ឌលនេះកំពុងបង្កើតខ្សែបញ្ជូនខ្សែភាពយន្តស្តើង និងឧបករណ៍បញ្ជូនបន្តដែលមានគុណភាពខ្ពស់ជាមួយនឹងប្រេកង់ resonant ក្នុងចន្លោះពី 3-10 GHz ។ ពួកវាត្រូវបានប្រើនៅក្នុងសៀគ្វី quantum និងអង្គចងចាំសម្រាប់ការគណនា quantum ដែលអាចគ្រប់គ្រង qubits បុគ្គល ការទំនាក់ទំនងរវាងពួកវា និងការអានស្ថានភាពរបស់ពួកគេក្នុងពេលវេលាជាក់ស្តែង។ ភារកិច្ចចម្បងនៅទីនេះគឺដើម្បីបង្កើនកត្តាគុណភាពនៃរចនាសម្ព័ន្ធដែលបានបង្កើតឡើងនៅក្នុងរបបតែមួយនៃរូបថតនៅសីតុណ្ហភាពទាប។

ដើម្បីធ្វើឱ្យប្រសើរឡើងនូវប៉ារ៉ាម៉ែត្រនៃ resonators superconducting យើងធ្វើការស្រាវជ្រាវលើប្រភេទផ្សេងៗនៃការរចនារបស់ពួកគេ សម្ភារៈខ្សែភាពយន្តស្តើង (អាលុយមីញ៉ូម niobium niobium nitride) វិធីសាស្រ្តនៃការបញ្ចេញខ្សែភាពយន្ត (ធ្នឹមអេឡិចត្រុង មេដែក ស្រទាប់អាតូម) និងការបង្កើត topologies ( ការបំប្លែងសារធាតុផ្ទុះ ដំណើរការឆ្លាក់ផ្សេងៗ ) នៅលើស្រទាប់ខាងក្រោមផ្សេងៗ (ស៊ីលីកុន ត្បូងកណ្តៀង) និងការបញ្ចូលវត្ថុធាតុផ្សេងៗក្នុងសៀគ្វីតែមួយ។

ក្រុមវិទ្យាសាស្ត្រមកពីវិស័យផ្សេងៗនៃរូបវិទ្យាបានសិក្សាពីលទ្ធភាពនៃអន្តរកម្មរួមគ្នា (ទំនាក់ទំនង) នៃប្រព័ន្ធកម្រិតពីរ quantum ជាមួយនឹងលំយោលអាម៉ូនិក quantum ។ រហូតមកដល់ឆ្នាំ 2004 អន្តរកម្មបែបនេះអាចសម្រេចបានតែនៅក្នុងការពិសោធន៍ក្នុងរូបវិទ្យាអាតូមិក និងអុបទិក quantum ដែលអាតូមតែមួយផ្លាស់ប្តូរ photon តែមួយជាមួយវិទ្យុសកម្មរបៀបតែមួយ។ ការពិសោធន៍ទាំងនេះបានរួមចំណែក ការរួមចំណែកដ៏ធំក្នុងការយល់ដឹងអំពីយន្តការនៃអន្តរកម្មនៃពន្លឺជាមួយរូបធាតុ រូបវិទ្យា quantum រូបវិទ្យានៃការចុះសម្រុងគ្នា និង decoherence ហើយក៏បានបញ្ជាក់ផងដែរ។ មូលដ្ឋានទ្រឹស្តីគំនិតនៃការគណនាកង់ទិច។ ទោះយ៉ាងណាក៏ដោយ ក្នុងឆ្នាំ 2004 ក្រុមស្រាវជ្រាវដែលដឹកនាំដោយ A. Wallraff (Nature 431, 162-167 (2004)) គឺជាអ្នកដំបូងដែលបង្ហាញពីលទ្ធភាពនៃការភ្ជាប់គ្នានៃសៀគ្វី quantum នៃសភាពរឹងជាមួយនឹង photon microwave តែមួយ។ សូមអរគុណចំពោះការពិសោធន៍ទាំងនេះ និងបន្ទាប់ពីការដោះស្រាយបញ្ហាបច្ចេកវិជ្ជាមួយចំនួន គោលការណ៍សម្រាប់ការបង្កើតប្រព័ន្ធ quantum កម្រិតពីរកម្រិតនៃរដ្ឋរឹងដែលអាចគ្រប់គ្រងបានត្រូវបានបង្កើតឡើង ដែលបង្កើតជាមូលដ្ឋាននៃគំរូថ្មីនៃសៀគ្វីអេឡិចត្រូឌីណាមិកកង់ទិច (សៀគ្វី QED) ដែលត្រូវបានសិក្សាយ៉ាងសកម្មនៅក្នុង ឆ្នាំថ្មីៗនេះ។

សៀគ្វី QED មានភាពទាក់ទាញខ្លាំងទាំងពីទស្សនៈនៃការសិក្សាពីលក្ខណៈនៃអន្តរកម្មនៃធាតុផ្សេងៗនៃប្រព័ន្ធ quantum និងការបង្កើតឧបករណ៍ quantum សម្រាប់ការប្រើប្រាស់ជាក់ស្តែង។ យើងរុករក ប្រភេទផ្សេងៗគ្រោងការណ៍សម្រាប់អន្តរកម្មនៃធាតុនៃសៀគ្វី QED: ការប្រាស្រ័យទាក់ទងប្រកបដោយប្រសិទ្ធភាពនៃ qubits និងធាតុត្រួតពិនិត្យ, ដំណោះស្រាយសៀគ្វីសម្រាប់ការជាប់គាំង qubits, quantum nonlinearity នៃអន្តរកម្មនៃធាតុជាមួយនឹងចំនួនតិចតួចនៃ photon ។ល។ ការសិក្សាទាំងនេះមានគោលបំណងអភិវឌ្ឍមូលដ្ឋាននៃវិធីសាស្រ្តពិសោធន៍ជាក់ស្តែងសម្រាប់បង្កើតសៀគ្វីចម្រុះ qubit quantum ។

គោលដៅចម្បងនៃការស្រាវជ្រាវក្នុងទិសដៅនេះនៅ FMS គឺដើម្បីបង្កើតបច្ចេកវិទ្យាសម្រាប់បង្កើតមូលដ្ឋាន metrological វិធីសាស្រ្ត និងក្បួនដោះស្រាយសម្រាប់ការអនុវត្តក្បួនដោះស្រាយ Shor និង Grover ដោយប្រើ multiqubit quantum circuits និងបង្ហាញពីការបង្កើនល្បឿន quantum បើប្រៀបធៀបទៅនឹង supercomputers បុរាណ។ កិច្ចការវិទ្យាសាស្ត្រ និងបច្ចេកទេសដែលមានមហិច្ឆតាខ្លាំងនេះ ទាមទារឱ្យមានការដោះស្រាយនូវទ្រឹស្តី រូបវន្ត បច្ចេកវិទ្យា ការរចនាសៀគ្វី បញ្ហាមេត្រូ និងក្បួនដោះស្រាយជាច្រើន ដែលក្រុមវិទ្យាសាស្ត្រឈានមុខគេ និងក្រុមហ៊ុន IT បច្ចុប្បន្នកំពុងធ្វើការយ៉ាងសកម្ម។

ការស្រាវជ្រាវនិងការអភិវឌ្ឍន៍ក្នុងវិស័យកុំព្យូទ័រកង់ទិចត្រូវបានអនុវត្តដោយកិច្ចសហប្រតិបត្តិការយ៉ាងជិតស្និទ្ធជាមួយក្រុមវិទ្យាសាស្ត្រឈានមុខរបស់រុស្ស៊ីនៃ ISSP RAS, MISIS, MIPT, NSTU និង RKTs ក្រោមការគ្រប់គ្រងរបស់អ្នកវិទ្យាសាស្ត្ររុស្ស៊ីដ៏ល្បីល្បាញលើពិភពលោក។