Реферат на тему Квантовые компьютеры: организация и перспективы развития.

Содержание:

ВВЕДЕНИЕ 3

ГЛАВА I ИСТОРИЯ РАЗРАБОТКИ И АРХИТЕКТУРА КВАНТОВЫХ КОМПЬЮТЕРОВ 5

ГЛАВА II ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ И ПРИМЕНЕНИЯ КВАНТОВЫХ КОМПЬЮТЕРОВ 12

ЗАКЛЮЧЕНИЕ 21

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 23

Введение:

В последнее время компьютеры стали неотъемлемой частью нашей повседневной жизни. Еще пятнадцать лет назад было редко видеть какой-либо персональный компьютер-они были очень дорогими и редкими.

Ни в коем случае не каждая фирма могла позволить себе иметь ЭВМ в своем офисе. А сейчас? Теперь почти в каждом доме есть компьютер, без которого мы больше не думаем о своем существовании.

Уже существует множество систем, в которых квантовые эффекты играют значительную роль. Одним из наиболее известных примеров может быть лазер: поле его излучения генерируется квантово-механическими событиями-спонтанным и индуцированным излучением света.

Другим важным примером таких систем являются современные чипы-постоянное ужесточение норм проектирования приводит к тому, что квантовые эффекты начинают играть значительную роль в их поведении.

В диодах Ганна возникают колебания электронных токов, в полупроводниках образуются слоистые структуры: электроны или дырки в различных заблокированных состояниях могут хранить информацию, а один или несколько электронов могут быть заперты в так называемых квантовых ямах.

Современные вычислительные машины представляют собой одно из самых значительных достижений человеческой мысли, влияние которого трудно переоценить на развитие научно-технического прогресса.

Области применения ЭВМ постоянно расширяются, чему в значительной степени способствует распространение персональных. Поэтому мы считаем, что изучение перспектив развития компьютерных технологий очень актуально, и ставим это целью настоящей работы.

В области обработки информации усиливается конкуренция между квантовыми и классическими законами природы.

В настоящее время эта конкуренция обострилась, во-первых, из-за невозможности решения какого-либо класса вычислительных задач на классическом компьютере из-за отсутствия эффективных алгоритмов.

В то же время квантовые вычисления, используя парадоксы квантовой механики, позволяют решать эти проблемы.

Во-вторых, квантовая механика становится «локомотивом» развития современной технологической базы (в наноэлектронике, атомной промышленности, лазерных технологиях, а теперь и информационных технологиях). Современные квантовые технологии могут поддерживать совершенно новые алгоритмы

В теории сложности эффективным алгоритмом считается алгоритм, состоящий из полиномиального числа операций, и время его выполнения полиномиально увеличивается с размером решаемой задачи.

Эффективные алгоритмы, принадлежащие к классу полиномов, используют ограниченное количество вычислительных ресурсов. Неэффективные алгоритмы требуют экспоненциально больших ресурсов, которые не могут предоставить даже суперкомпьютеры.

Цель работы – изучить квантовые компьютеры.

Задачи, которые надо решить для достижения поставленной цели:

1)Рассмотреть понятие и архитектуру квантовых компьютеров.

2)Изучить перспективы применения квантовых компьютеров.

Заключение:

В настоящее время ведутся активные исследования альтернативного метода вычислений, такого как вычисления с использованием квантовых компьютеров.

Квантовые компьютеры позволяют работать с неограниченным количеством кубитов одновременно, что может многократно увеличить скорость вычислений.

Теперь квантовые компьютеры и квантовые информационные технологии остаются в новаторском развитии. Решение трудностей, с которыми сейчас столкнулись эти технологии, обеспечит прорыв квантовых компьютеров на их законное место как самых быстрых вычислительных машин из всех физически возможных.

На сегодняшний день исправление ошибок значительно продвинулось, приближая момент, когда мы сможем создавать довольно надежные компьютеры, способные противостоять эффектам декогеренции.

С другой стороны, создание квантового оборудования пока остается только развивающейся отраслью; но работа, проделанная на сегодняшний день, убеждает нас в том, что создание достаточно больших машин, способных выполнять серьезные алгоритмы, такие как алгоритм Шора, — это только вопрос времени.

Так что квантовые компьютеры обязательно появятся. По крайней мере, это будут самые передовые вычислительные устройства, и сегодняшние компьютеры устареют для нас.

Квантовые вычисления берут свое начало в очень специфических областях теоретической физики, но их будущее, несомненно, окажет огромное влияние на жизнь всего человечества.

Нельзя сказать, что квантовые компьютеры полностью заменят классические, но в определенных областях этот тип компьютеров может значительно улучшить производительность конкретных задач.

Фрагмент текста работы:

ГЛАВА I ИСТОРИЯ РАЗРАБОТКИ И АРХИТЕКТУРА КВАНТОВЫХ КОМПЬЮТЕРОВ

Сейчас идет разработка нового класса квантовых устройств-квантовых компьютеров. Идея квантового компьютера возникла так.

Все началось в 1982 году, когда Фейнман написал очень интересную статью, в которой рассмотрел два вопроса. Он подошел к процессу вычислений как физик: существуют чисто логические ограничения на то, что можно вычислить (можно придумать проблему, для которой вообще нет алгоритма, можно придумать задачу, для которой любой алгоритм будет работать долгое время).

Есть ли физические ограничения? Здесь есть закон сохранения энергии-вечный двигатель невозможен; и есть ли физическое ограничение на функционирование компьютера, которое накладывает определенные запреты на осуществимость алгоритмов? И Фейнман показал, что нет никаких термодинамических ограничений, своего рода второе начало термодинамики. Если мы уменьшим потери энергии, шум, мы сможем выполнять произвольно длинные вычисления с любым количеством энергии, которое мы хотим.

Это означает, что вычисления могут выполняться обратимым образом, потому что в необратимых процессах энтропия увеличивается. На самом деле Фейнман был заинтересован: потому что фактические вычисления на реальном компьютере необратимы. И результат, который он получил, заключается в том, что таким образом можно переработать любой расчет — без большой потери эффективности — так, чтобы он стал обратимым.

Те вычисления, которые выполняются «просто так», конечно, необратимы, но» увеличение необратимости » незначительно по сравнению, скажем, с шумом в современном компьютере. То есть необратимость-это тонкий эффект; здесь вопрос не практичный и принципиальный: