క్వాంటం లెక్కలు. క్వాంటం కంప్యూటింగ్ యొక్క ప్రాథమిక అంశాలు మరియు సూత్రాలు

అటువంటి మోడలింగ్ ముఖ్యమైనది కావడానికి కారణం క్లాసికల్ డిజిటల్ కంప్యూటర్లు మల్టీ-రిఫరెన్స్ స్టేట్స్ గురించి పెద్దగా చేయలేవు; అనేక సందర్భాల్లో, శాస్త్రీయ గణన పద్ధతులు పరిమాణాత్మకంగా మాత్రమే కాకుండా, అణువుల ఎలక్ట్రానిక్ నిర్మాణాన్ని గుణాత్మకంగా కూడా వివరించలేవు.

ఇటీవల పరిష్కరించబడిన ఒక ముఖ్యమైన సమస్య ఏమిటంటే, క్వాంటం కంప్యూటర్ వాస్తవ ప్రపంచానికి అవసరమైన రసాయన ఖచ్చితత్వంతో గణనలను సమర్ధవంతంగా నిర్వహించగల మార్గాలను కనుగొనడం. ప్రోగ్రామ్ 20-క్విట్ IBM ప్రాసెసర్‌పై అమలు చేయబడింది.

కెమిస్ట్రీ అంత ఆసక్తిని కలిగించే అంశంగా ఎందుకు మారింది? అనేక కారణాల వల్ల కెమిస్ట్రీ అత్యంత లాభదాయకమైన వాణిజ్య అనువర్తనాల్లో ఒకటి. బ్యాటరీలు లేదా సౌర ఫలకాలలో ఉపయోగించగల మరింత శక్తి-సమర్థవంతమైన పదార్థాలను కనుగొనాలని శాస్త్రవేత్తలు భావిస్తున్నారు. పర్యావరణ ప్రయోజనాలు కూడా ఉన్నాయి: ప్రపంచంలోని రెండు శాతం శక్తి ఎరువులను ఉత్పత్తి చేయడానికి వెళుతుంది, ఇవి అసమర్థమైనవి మరియు అధునాతన రసాయన విశ్లేషణ ద్వారా మెరుగుపరచబడతాయి.

చివరగా, వ్యక్తిగతీకరించిన వైద్యంలో అప్లికేషన్లు ఉన్నాయి, ఫార్మాస్యూటికల్స్ వారి జన్యుశాస్త్రం ఆధారంగా ప్రజలను ఎలా ప్రభావితం చేస్తాయో అంచనా వేయగల సామర్థ్యం. దీర్ఘకాలికంగా, సమర్థవంతమైన చికిత్సను పెంచడానికి మరియు దుష్ప్రభావాలను తగ్గించడానికి ఒక నిర్దిష్ట వ్యక్తికి ఔషధాన్ని అభివృద్ధి చేయడానికి ఇది ఒక అవకాశం.

CQC మరియు JSR Corp శాస్త్రవేత్తలు ఈ పురోగతిని సాధించడానికి అనుమతించిన రెండు వ్యూహాలను కలిగి ఉన్నాయి. మొదట, వారు CQC యొక్క యాజమాన్య కంపైలర్‌ను ఉపయోగించి కంప్యూటర్ ప్రోగ్రామ్‌ను క్విట్‌ను మార్చటానికి సూచనలను అత్యంత సమర్థవంతంగా మార్చారు. ఆధునిక తక్కువ-క్విట్ మెషీన్లలో ఈ సామర్థ్యం చాలా ముఖ్యమైనది, ఇక్కడ ప్రతి క్విట్ ముఖ్యమైనది మరియు అవసరమైనది మరియు అమలు వేగం కీలకం.

రెండవది, వారు క్వాంటం మెషిన్ లెర్నింగ్‌ను ఉపయోగించారు, ఇది మెషిన్ లెర్నింగ్ యొక్క ప్రత్యేక ఉపవిభాగం, ఇది కేవలం సంభావ్యతలను కాకుండా వెక్టర్ యాంప్లిట్యూడ్‌లను ఉపయోగిస్తుంది. ఉపయోగించిన క్వాంటం మెషీన్ లెర్నింగ్ పద్ధతి ప్రత్యేకంగా తక్కువ-క్విట్ క్వాంటం కంప్యూటర్‌ల కోసం రూపొందించబడింది, సాంప్రదాయ ప్రాసెసర్‌లను ఉపయోగించి పాక్షిక ఆఫ్‌లోడింగ్‌తో.

క్వాంటం రాబోయే కొన్ని సంవత్సరాలలో హార్డ్‌వేర్ మరియు సాఫ్ట్‌వేర్ రెండింటిలోనూ గణనీయమైన మెరుగుదలలను పొందుతుందని భావిస్తున్నారు. గణనలు మరింత ఖచ్చితమైనవిగా మారడంతో, మరిన్ని పరిశ్రమలు క్వాంటం కెమిస్ట్రీతో సహా క్వాంటం కంప్యూటర్ల యొక్క అనువర్తనాల ప్రయోజనాన్ని పొందవచ్చు. నాలుగు సంవత్సరాలలో, 20% కార్పొరేషన్లు క్వాంటం కంప్యూటింగ్ కోసం బడ్జెట్‌ను కలిగి ఉంటాయని గార్ట్‌నర్ అంచనా వేశారు. పదేళ్లలో అవి టెక్నాలజీలో అంతర్భాగంగా మారుతాయి.

బ్లాక్‌చెయిన్ యొక్క సాధారణ విజృంభణ మరియు అన్ని రకాల పెద్ద డేటా కారణంగా, సాంకేతిక వార్తలలో అగ్రస్థానంలో ఉన్న మరొక ఆశాజనక అంశం పడిపోయింది - క్వాంటం కంప్యూటింగ్. మరియు వారు, మార్గం ద్వారా, అపఖ్యాతి పాలైన బ్లాక్‌చెయిన్‌తో ప్రారంభించి సమాచార భద్రతతో ముగిసే అనేక IT రంగాలలో ఒకేసారి విప్లవాత్మక మార్పులు చేయగలరు. తదుపరి రెండు కథనాలలో, క్వాంటం కంప్యూటింగ్ ఎందుకు బాగుంది మరియు ఇప్పుడు వారు దానితో ఏమి చేస్తున్నారో Sberbank మరియు Sberbank టెక్నాలజీస్ మీకు తెలియజేస్తాయి.

క్లాసిక్ లెక్కలు: మరియు, లేదా, కాదు

క్వాంటం కంప్యూటింగ్‌ను అర్థం చేసుకోవడానికి, మీరు మొదట క్లాసికల్ కంప్యూటింగ్‌పై బ్రష్ చేయాలి. ఇక్కడ ప్రాసెస్ చేయబడిన సమాచార యూనిట్ కొంచెం. ప్రతి బిట్ రెండు సాధ్యమయ్యే స్థితులలో ఒకదానిలో మాత్రమే ఉంటుంది - 0 లేదా 1. N బిట్‌ల రిజిస్టర్ 2 N సాధ్యమైన రాష్ట్రాల కలయికలలో ఒకదాన్ని కలిగి ఉంటుంది మరియు వాటి క్రమం వలె సూచించబడుతుంది.

సమాచారాన్ని ప్రాసెస్ చేయడానికి మరియు మార్చడానికి, బూలియన్ బీజగణితం నుండి ఉద్భవించే బిట్‌వైస్ ఆపరేషన్లు ఉపయోగించబడతాయి. ప్రాథమిక కార్యకలాపాలు ఒక-బిట్ కాదు మరియు రెండు-బిట్ AND మరియు OR. బిట్ కార్యకలాపాలు సత్య పట్టికల ద్వారా వివరించబడ్డాయి. అవి ఫలిత విలువకు ఇన్‌పుట్ ఆర్గ్యుమెంట్‌ల అనురూప్యతను చూపుతాయి.

క్లాసికల్ కంప్యూటింగ్ అల్గోరిథం అనేది సీక్వెన్షియల్ బిట్ ఆపరేషన్ల సమితి. ప్రతి ఆపరేషన్‌కు దాని స్వంత హోదా ఉన్న ఫంక్షనల్ ఎలిమెంట్స్ (SFE) యొక్క రేఖాచిత్రం రూపంలో గ్రాఫికల్‌గా పునరుత్పత్తి చేయడం చాలా సౌకర్యవంతంగా ఉంటుంది. సమానత్వం కోసం రెండు బిట్‌లను తనిఖీ చేయడానికి SFE యొక్క ఉదాహరణ ఇక్కడ ఉంది.

క్వాంటం కంప్యూటింగ్. భౌతిక ఆధారం

ఇప్పుడు కొత్త టాపిక్‌కి వెళ్దాం. క్వాంటం కంప్యూటింగ్ అనేది క్వాంటం ఫిజిక్స్ ప్రక్రియల ఆధారంగా క్లాసికల్ అల్గారిథమ్‌లకు ప్రత్యామ్నాయం. ఇతర కణాలతో సంకర్షణ లేకుండా (అంటే, కొలిచే క్షణం వరకు), ఎలక్ట్రాన్ అణువు యొక్క కక్ష్యలో నిస్సందేహమైన కోఆర్డినేట్‌లను కలిగి ఉండదు, కానీ కక్ష్యలోని అన్ని పాయింట్ల వద్ద ఏకకాలంలో ఉంటుంది. ఎలక్ట్రాన్ ఉన్న ప్రాంతాన్ని ఎలక్ట్రాన్ క్లౌడ్ అంటారు. ప్రసిద్ధ డబుల్-స్లిట్ ప్రయోగంలో, ఒక ఎలక్ట్రాన్ ఏకకాలంలో రెండు చీలికల గుండా వెళుతుంది, దానిలో జోక్యం చేసుకుంటుంది. కొలత సమయంలో మాత్రమే ఈ అనిశ్చితి కూలిపోతుంది మరియు ఎలక్ట్రాన్ కోఆర్డినేట్లు నిస్సందేహంగా మారతాయి.

క్వాంటం కంప్యూటింగ్‌లో అంతర్లీనంగా ఉండే కొలతల సంభావ్యత అనేక అల్గారిథమ్‌లను కలిగి ఉంటుంది - ఉదాహరణకు, నిర్మాణాత్మక డేటాబేస్‌లో శోధించడం. ఈ రకమైన స్టెప్ బై స్టెప్ యొక్క అల్గోరిథంలు సరైన ఫలితం యొక్క వ్యాప్తిని పెంచుతాయి, ఇది గరిష్ట సంభావ్యతతో అవుట్పుట్ వద్ద పొందటానికి అనుమతిస్తుంది.

క్యూబిట్స్

క్వాంటం కంప్యూటింగ్‌లో, క్వాంటం వస్తువుల భౌతిక లక్షణాలు క్విట్‌లు (q-bits) అని పిలవబడే వాటిలో అమలు చేయబడతాయి. క్లాసికల్ బిట్ ఒక స్థితిలో మాత్రమే ఉంటుంది - 0 లేదా 1. కొలతకు ముందు, ఒక క్విట్ రెండు రాష్ట్రాలలో ఏకకాలంలో ఉంటుంది, కనుక ఇది సాధారణంగా A|0⟩ + b|1⟩ అనే వ్యక్తీకరణతో సూచించబడుతుంది, ఇక్కడ A మరియు B లు సంక్లిష్టంగా ఉంటాయి. పరిస్థితిని సంతృప్తిపరిచే సంఖ్యలు |A | 2 +|B| 2 =1. క్విట్‌ను కొలవడం తక్షణమే దాని స్థితిని ప్రాథమిక వాటిల్లో ఒకటిగా "కుప్పకూలుతుంది" - 0 లేదా 1. ఈ సందర్భంలో, "క్లౌడ్" ఒక బిందువుగా కూలిపోతుంది, అసలు స్థితి నాశనం అవుతుంది మరియు దాని గురించిన మొత్తం సమాచారం తిరిగి పొందలేనంతగా పోతుంది.

ఈ ఆస్తి యొక్క ఒక అప్లికేషన్ నిజమైన యాదృచ్ఛిక సంఖ్య జనరేటర్‌గా ష్రోడింగర్ పిల్లి. క్విట్ ఒక స్థితిలోకి ప్రవేశపెట్టబడింది, దీనిలో కొలత ఫలితం 1 లేదా 0 సమాన సంభావ్యతతో ఉంటుంది. ఈ పరిస్థితి క్రింది విధంగా వివరించబడింది:

క్వాంటం మరియు క్లాసికల్ కంప్యూటింగ్. మొదటి రౌండ్

బేసిక్స్‌తో ప్రారంభిద్దాం. గణనల కోసం ప్రారంభ డేటా సమితి ఉంది, పొడవు N యొక్క వెక్టర్స్ ద్వారా బైనరీ ఆకృతిలో సూచించబడుతుంది.

సాంప్రదాయ గణనలలో, 2 n డేటా ఎంపికలలో ఒకటి మాత్రమే కంప్యూటర్ మెమరీలోకి లోడ్ చేయబడుతుంది మరియు ఈ ఎంపిక కోసం ఫంక్షన్ విలువ లెక్కించబడుతుంది. ఫలితంగా, మాత్రమే ఒకటి 2 n సాధ్యం డేటా సెట్‌లలో.

మూలాధార డేటా యొక్క అన్ని 2n కలయికలు క్వాంటం కంప్యూటర్ మెమరీలో ఏకకాలంలో సూచించబడతాయి. ఈ కలయికలన్నింటికీ ఒకేసారి రూపాంతరాలు వర్తించబడతాయి. ఫలితంగా, ఒక ఆపరేషన్లో మేము ఫంక్షన్ని లెక్కిస్తాము అందరి కోసండేటా సెట్ యొక్క 2 n సాధ్యమయ్యే వేరియంట్‌లు (కొలత ఇప్పటికీ చివరికి ఒక పరిష్కారాన్ని మాత్రమే ఇస్తుంది, కానీ దాని తర్వాత మరిన్ని).

క్లాసికల్ మరియు క్వాంటం కంప్యూటింగ్ రెండూ తార్కిక పరివర్తనలను ఉపయోగిస్తాయి - ద్వారాలు. క్లాసికల్ కంప్యూటింగ్‌లో, ఇన్‌పుట్ మరియు అవుట్‌పుట్ విలువలు వేర్వేరు బిట్‌లలో నిల్వ చేయబడతాయి, అంటే గేట్లలో ఇన్‌పుట్‌ల సంఖ్య అవుట్‌పుట్‌ల సంఖ్యకు భిన్నంగా ఉండవచ్చు:

అసలు సమస్యను పరిశీలిద్దాం. రెండు బిట్‌లు సమానంగా ఉన్నాయో లేదో మనం గుర్తించాలి.

క్లాసికల్ లెక్కల సమయంలో మనం అవుట్‌పుట్‌లో ఒకదాన్ని పొందినట్లయితే, అవి సమానం, లేకుంటే కాదు:

ఇప్పుడు క్వాంటం కంప్యూటింగ్ ఉపయోగించి ఈ సమస్యను ఊహించుకుందాం. వాటిలో, అన్ని పరివర్తన గేట్‌లు ఇన్‌పుట్‌ల వలె ఒకే సంఖ్యలో అవుట్‌పుట్‌లను కలిగి ఉంటాయి. పరివర్తన యొక్క ఫలితం కొత్త విలువ కాదు, కానీ ప్రస్తుత వాటి స్థితిలో మార్పు దీనికి కారణం.

ఉదాహరణలో, మేము మొదటి మరియు రెండవ క్విట్‌ల విలువలను పోల్చాము. ఫలితం సున్నా క్విట్ - ఫ్లాగ్ క్విట్‌లో ఉంటుంది. ఈ అల్గోరిథం ప్రాథమిక స్థితులకు మాత్రమే వర్తిస్తుంది - 0 లేదా 1. ఇది క్వాంటం పరివర్తనల క్రమం.

1. మేము క్విట్ ఫ్లాగ్‌ను "కాదు" గేట్‌తో ప్రభావితం చేస్తాము, దానిని 1కి సెట్ చేస్తాము.
2. మేము రెండు-క్యూబిట్ “నియంత్రిత నాట్” గేట్‌ను రెండుసార్లు ఉపయోగిస్తాము. పరివర్తనలో పాల్గొన్న రెండవ క్విట్ స్థితి 1లో ఉన్నట్లయితే మాత్రమే ఈ గేట్ ఫ్లాగ్ క్విట్ విలువను రివర్స్ చేస్తుంది.
3. మేము సున్నా క్విట్‌ను కొలుస్తాము. ఫలితం 1 అయితే, మొదటి మరియు రెండవ క్విట్‌లు రెండూ స్టేట్ 1లో ఉంటాయి (ఫ్లాగ్ క్విట్ దాని విలువను రెండుసార్లు మార్చింది) లేదా స్టేట్ 0లో (ఫ్లాగ్ క్విట్ స్టేట్ 1లో ఉంది). లేకపోతే, క్విట్‌లు వేర్వేరు రాష్ట్రాల్లో ఉన్నాయి.

తదుపరి స్థాయికి. క్వాంటం సింగిల్-క్విట్ పౌలీ గేట్లు

మరింత తీవ్రమైన సమస్యలలో క్లాసికల్ మరియు క్వాంటం కంప్యూటింగ్‌లను పోల్చడానికి ప్రయత్నిద్దాం. దీని కోసం మనకు కొంచెం ఎక్కువ సైద్ధాంతిక పరిజ్ఞానం అవసరం.

క్వాంటం కంప్యూటింగ్‌లో, ప్రాసెస్ చేయబడిన సమాచారం క్వాంటం బిట్స్‌లో ఎన్‌కోడ్ చేయబడుతుంది-క్విట్‌లు అని పిలుస్తారు. సరళమైన సందర్భంలో, క్లాసికల్ బిట్ వంటి క్విట్ రెండు ప్రాథమిక స్థితులలో ఒకటిగా ఉంటుంది: |0⟩ (వెక్టర్ 1|0⟩ + 0|1⟩) మరియు |1⟩ (వెక్టార్ 0 కోసం) |0⟩ + 1 |1⟩). క్వాంటం రిజిస్టర్ అనేది క్విట్ వెక్టర్స్ యొక్క టెన్సర్ ఉత్పత్తి. సరళమైన సందర్భంలో, ప్రతి క్విట్ ప్రాథమిక స్థితుల్లో ఒకదానిలో ఉన్నప్పుడు, క్వాంటం రిజిస్టర్ క్లాసికల్ దానికి సమానం. |0> రాష్ట్రంలోని రెండు క్విట్‌ల రిజిస్టర్‌ను ఈ క్రింది విధంగా వ్రాయవచ్చు:

(1|0⟩ + 0|1⟩)*(1|0⟩ + 0|1⟩) = 1|00⟩ + 0|01⟩ + 0|10⟩ + 0|11⟩ = |00⟩.

క్వాంటం అల్గారిథమ్‌లలో సమాచారాన్ని ప్రాసెస్ చేయడానికి మరియు మార్చడానికి, క్వాంటం గేట్లు అని పిలవబడేవి ఉపయోగించబడతాయి. అవి మాతృక రూపంలో సూచించబడతాయి. గేట్‌ను వర్తింపజేయడం ద్వారా ఫలితాన్ని పొందడానికి, మేము గేట్ మ్యాట్రిక్స్ ద్వారా క్విట్‌ను వర్గీకరించే వెక్టర్‌ను గుణించాలి. వెక్టార్ యొక్క మొదటి కోఆర్డినేట్ |0⟩ ముందు గుణకం, రెండవ కోఆర్డినేట్ |1⟩ ముందు గుణకం. ప్రధాన సింగిల్-క్విట్ గేట్‌ల మాత్రికలు ఇలా కనిపిస్తాయి:

నాట్ గేట్‌ను ఉపయోగించడం కోసం ఇక్కడ ఒక ఉదాహరణ ఉంది:

X * |0⟩ = X * (1|0⟩ + 0|1⟩) = 0|0⟩ + 1|1⟩ = |1⟩

ఆధార స్థితులకు ముందు ఉన్న కారకాలను యాంప్లిట్యూడ్స్ అంటారు మరియు అవి సంక్లిష్ట సంఖ్యలు. సంక్లిష్ట సంఖ్య యొక్క మాడ్యులస్ వాస్తవ మరియు ఊహాత్మక భాగాల స్క్వేర్‌ల మొత్తానికి సమానం. ఒక క్విట్‌ను కొలిచేటప్పుడు ఆధార స్థితికి ముందు ఉన్న వ్యాప్తి యొక్క పరిమాణం యొక్క స్క్వేర్ ఈ ప్రాతిపదిక స్థితిని పొందే సంభావ్యతకు సమానం, కాబట్టి వ్యాప్తి యొక్క పరిమాణం యొక్క స్క్వేర్‌ల మొత్తం ఎల్లప్పుడూ 1కి సమానంగా ఉంటుంది. మనం ఉపయోగించవచ్చు క్విట్‌లపై రూపాంతరాల కోసం ఏకపక్ష మాత్రికలు, కానీ కట్టుబాటు (పొడవు) వెక్టర్ ఎల్లప్పుడూ 1కి సమానంగా ఉండాలి (అన్ని ఫలితాల సంభావ్యత యొక్క మొత్తం ఎల్లప్పుడూ 1కి సమానంగా ఉంటుంది), మా పరివర్తన తప్పనిసరిగా వెక్టర్ ప్రమాణాన్ని కాపాడాలి . దీనర్థం పరివర్తన ఏకీకృతంగా ఉండాలి మరియు సంబంధిత మాతృక ఏకీకృతంగా ఉండాలి. ఏకీకృత పరివర్తన విలోమ మరియు UU † =I అని గుర్తుంచుకోండి.

క్విట్‌లతో మరింత స్పష్టంగా పని చేయడానికి, అవి బ్లాచ్ గోళంలో వెక్టర్‌లుగా వర్ణించబడ్డాయి. ఈ వివరణలో, సింగిల్-క్విట్ గేట్లు అక్షాలలో ఒకదాని చుట్టూ క్విట్ వెక్టార్ యొక్క భ్రమణాన్ని సూచిస్తాయి. ఉదాహరణకు, Not(X) గేట్ X అక్షానికి సంబంధించి క్యూబిట్ వెక్టార్‌ను Pi ద్వారా తిప్పుతుంది. ఆ విధంగా, స్థితి |0>, నేరుగా పైకి సూచించే వెక్టార్ ద్వారా సూచించబడుతుంది, |1> నేరుగా క్రిందికి చూపే స్థితికి వెళుతుంది. బ్లోచ్ గోళంపై క్విట్ స్థితి cos(θ/2)|0⟩+e iϕ sin(θ/2)|1⟩ సూత్రం ద్వారా నిర్ణయించబడుతుంది

క్వాంటం టూ-క్విట్ గేట్లు

అల్గారిథమ్‌లను రూపొందించడానికి, మనకు ఒకే-క్విట్ గేట్లు మాత్రమే సరిపోవు. కొన్ని పరిస్థితులపై ఆధారపడి పరివర్తనలను నిర్వహించే గేట్లు అవసరం. అటువంటి ప్రధాన సాధనం రెండు-క్విట్ గేట్ CNOT. ఈ గేట్ రెండు క్విట్‌లకు వర్తించబడుతుంది మరియు మొదటి క్విట్ |1⟩ స్థితిలో ఉన్నట్లయితే మాత్రమే రెండవ క్విట్‌ను విలోమం చేస్తుంది. CNOT గేట్ మ్యాట్రిక్స్ ఇలా కనిపిస్తుంది:

ఇక్కడ ఒక అప్లికేషన్ ఉదాహరణ:

CNOT *|10⟩ = CNOT * (0|00⟩ + 0|01⟩ + 1|10⟩ + 0|11⟩) = 0|00⟩ + 0|01⟩ + 1|11⟩ + 0|10⟩ = |11⟩

CNOT గేట్‌ని ఉపయోగించడం అనేది ఒక క్లాసిక్ XOR ఆపరేషన్‌ని నిర్వహించి, ఫలితాన్ని రెండవ క్విట్‌కి వ్రాయడానికి సమానం. నిజానికి, మేము XOR మరియు CNOT ఆపరేటర్‌ల సత్య పట్టికను చూస్తే, మేము కరస్పాండెన్స్‌ని చూస్తాము:

XOR			CNOT
0	0	0	00	00
0	1	1	01	01
1	0	1	10	11
1	1	0	11	10

CNOT గేట్ ఒక ఆసక్తికరమైన ఆస్తిని కలిగి ఉంది - దాని అప్లికేషన్ తర్వాత, క్విట్‌లు ప్రారంభ స్థితిని బట్టి చిక్కుకుపోతాయి లేదా విప్పబడతాయి. ఇది క్వాంటం సమాంతరత విభాగంలో తదుపరి కథనంలో చూపబడుతుంది.

అల్గోరిథం నిర్మాణం - క్లాసికల్ మరియు క్వాంటం అమలు

క్వాంటం గేట్‌ల పూర్తి ఆర్సెనల్‌తో, మేము క్వాంటం అల్గారిథమ్‌లను అభివృద్ధి చేయడం ప్రారంభించవచ్చు. గ్రాఫికల్ ప్రాతినిధ్యంలో, క్విట్‌లు సరళ రేఖల ద్వారా సూచించబడతాయి - గేట్‌లు సూపర్‌పోజ్ చేయబడిన “తీగలు”. సింగిల్-క్విట్ పౌలీ గేట్‌లు సాధారణ చతురస్రాలచే సూచించబడతాయి, దాని లోపల భ్రమణ అక్షం వర్ణించబడింది. CNOT గేట్ కొంచెం క్లిష్టంగా కనిపిస్తుంది:

CNOT గేట్‌ని ఉపయోగించే ఉదాహరణ:

అల్గోరిథంలో అత్యంత ముఖ్యమైన చర్యలలో ఒకటి పొందిన ఫలితాన్ని కొలవడం. కొలత సాధారణంగా ఒక బాణంతో ఆర్క్ స్కేల్ ద్వారా సూచించబడుతుంది మరియు కొలత ఏ అక్షం తీసుకుంటుందో దానికి సంబంధించిన హోదా.

కాబట్టి, వాదనకు 3ని జోడించే క్లాసికల్ మరియు క్వాంటం అల్గారిథమ్‌ను రూపొందించడానికి ప్రయత్నిద్దాం.

నిలువు వరుసలోని సాధారణ సంఖ్యలను సంక్షిప్తం చేయడం అనేది ప్రతి అంకెపై రెండు చర్యలను చేయడాన్ని సూచిస్తుంది - అంకె యొక్క అంకెల మొత్తం మరియు అటువంటి బదిలీ ఉన్నట్లయితే, మునుపటి ఆపరేషన్ నుండి బదిలీ చేయబడిన ఫలితం మొత్తం.

సంఖ్యల బైనరీ ప్రాతినిధ్యంలో, సమ్మషన్ ఆపరేషన్ అదే చర్యలను కలిగి ఉంటుంది. పైథాన్‌లోని కోడ్ ఇక్కడ ఉంది:

ఆర్గ్ = #ఆర్గ్యుమెంట్ ఫలితాన్ని సెట్ చేయండి = #ఫలితాన్ని క్యారీ1 = ఆర్గ్ & 0x1 #ని 0b11తో ప్రారంభించండి, తద్వారా ఆర్గ్యుమెంట్ తక్కువ బిట్ కలిగి ఉంటే తక్కువ బిట్ నుండి క్యారీ కనిపిస్తుంది = 1 ఫలితం = ఆర్గ్ ^ 0x1 #తక్కువ బిట్‌లను జోడించండి క్యారీ2 = క్యారీ1 | arg #0b11తో జోడించు, కాబట్టి ఆర్గ్యుమెంట్‌లో అధిక బిట్ = 1 ఉంటే లేదా తక్కువ బిట్ నుండి క్యారీ ఉన్నట్లయితే హై బిట్ నుండి క్యారీ కనిపిస్తుంది తక్కువ బిట్ ఫలితం నుండి ^= క్యారీ2 #అత్యంత ముఖ్యమైన బిట్ ప్రింట్ (ఫలితం) నుండి క్యారీని వర్తించండి
ఇప్పుడు క్వాంటం కంప్యూటర్ కోసం ఇలాంటి ప్రోగ్రామ్‌ను అభివృద్ధి చేయడానికి ప్రయత్నిద్దాం:

ఈ పథకంలో, మొదటి రెండు క్విట్‌లు వాదన, తదుపరి రెండు బదిలీలు మరియు మిగిలిన 3 ఫలితం. అల్గోరిథం ఈ విధంగా పనిచేస్తుంది.

1. అవరోధానికి మొదటి దశ వాదనను క్లాసిక్ కేసులో అదే స్థితికి సెట్ చేయడం - 0b11.
2. CNOT ఆపరేటర్‌ని ఉపయోగించి, మేము మొదటి క్యారీ విలువను గణిస్తాము - arg 1కి సమానమైనప్పుడు మాత్రమే ఆపరేషన్ arg & 1 ఫలితం ఒకదానికి సమానం, ఈ సందర్భంలో మనం రెండవ క్విట్‌ను విలోమం చేస్తాము.
3. తదుపరి 2 గేట్‌లు అతి తక్కువ ముఖ్యమైన బిట్‌ల జోడింపును అమలు చేస్తాయి - మేము క్విట్ 4ని |1⟩ స్థితికి బదిలీ చేస్తాము మరియు దానిలో XOR ఫలితాన్ని వ్రాస్తాము.
4. పెద్ద దీర్ఘచతురస్రం CCNOT గేట్‌ను సూచిస్తుంది, ఇది CNOT గేట్ యొక్క పొడిగింపు. ఈ గేట్‌లో రెండు నియంత్రణ క్విట్‌లు ఉన్నాయి మరియు మొదటి రెండు స్థితిలో ఉన్నట్లయితే మాత్రమే మూడవది విలోమంగా ఉంటుంది |1. 2 CNOT గేట్‌లు మరియు ఒక CCNOT గేట్ కలయిక వలన మనకు క్లాసిక్ ఆపరేషన్ క్యారీ2 = క్యారీ1 ఫలితం లభిస్తుంది | arg. వాటిలో ఒకటి 1 అయితే మొదటి 2 గేట్‌లు ఒకదానికి తీసుకువెళతాయి మరియు రెండూ ఒకదానికి సమానంగా ఉన్నప్పుడు CCNOT గేట్ కేసును నిర్వహిస్తుంది.
5. మేము అత్యధిక క్విట్‌లు మరియు బదిలీ క్విట్‌లను జోడిస్తాము.

మధ్యంతర తీర్మానాలు

రెండు ఉదాహరణలను అమలు చేస్తే, మనకు ఒకే ఫలితం వస్తుంది. క్వాంటం కంప్యూటర్‌లో, దీనికి ఎక్కువ సమయం పడుతుంది ఎందుకంటే క్వాంటం అసెంబ్లీ కోడ్‌లోకి అదనపు సంకలనం తప్పనిసరిగా నిర్వహించబడుతుంది మరియు అమలు కోసం క్లౌడ్‌కు పంపబడుతుంది. క్వాంటం కంప్యూటింగ్ యొక్క ఉపయోగం వారి ప్రాథమిక కార్యకలాపాలను నిర్వహించే వేగం - గేట్లు - క్లాసికల్ మోడల్ కంటే చాలా రెట్లు తక్కువగా ఉంటే అర్థవంతంగా ఉంటుంది.

నిపుణుల కొలతలు ఒక ద్వారం అమలు చేయడానికి 1 నానోసెకను పడుతుంది. కాబట్టి క్వాంటం కంప్యూటర్ కోసం అల్గోరిథంలు క్లాసికల్ వాటిని కాపీ చేయకూడదు, కానీ క్వాంటం మెకానిక్స్ యొక్క ప్రత్యేక లక్షణాలను గరిష్టంగా ఉపయోగించుకోవాలి. తరువాతి వ్యాసంలో మనం అటువంటి ప్రధాన లక్షణాలలో ఒకదానిని పరిశీలిస్తాము - క్వాంటం సమాంతరత - మరియు సాధారణంగా క్వాంటం ఆప్టిమైజేషన్ గురించి మాట్లాడండి. అప్పుడు మేము క్వాంటం కంప్యూటింగ్‌కు అత్యంత అనుకూలమైన ప్రాంతాలను గుర్తించి వాటి అప్లికేషన్‌లను వివరిస్తాము.

పదార్థాల ఆధారంగా

సార్వత్రిక క్వాంటం కంప్యూటర్‌ను రూపొందించడం అనేది ఆధునిక భౌతిక శాస్త్రంలో అత్యంత క్లిష్టమైన సమస్యల్లో ఒకటి, దీని పరిష్కారం ఇంటర్నెట్ మరియు సమాచార బదిలీ పద్ధతులు, సైబర్‌ సెక్యూరిటీ మరియు క్రిప్టోగ్రఫీ, ఎలక్ట్రానిక్ కరెన్సీలు, కృత్రిమ మేధస్సు మరియు యంత్ర అభ్యాస వ్యవస్థల గురించి మానవాళి ఆలోచనలను సమూలంగా మారుస్తుంది. కొత్త పదార్థాలు మరియు ఔషధాలను సంశ్లేషణ చేసే పద్ధతులు, సంక్లిష్ట భౌతిక, క్వాంటం మరియు అల్ట్రా-లార్జ్ (బిగ్ డేటా) సిస్టమ్‌లను మోడలింగ్ చేసే విధానాలు.

వాస్తవిక వ్యవస్థలు లేదా సరళమైన క్వాంటం సిస్టమ్‌లను లెక్కించేందుకు ప్రయత్నిస్తున్నప్పుడు డైమెన్షియాలిటీ యొక్క ఘాతాంక పెరుగుదల శాస్త్రీయ కంప్యూటర్‌లకు అధిగమించలేని అడ్డంకి. అయినప్పటికీ, 1980 లో, యూరి మానిన్ మరియు రిచర్డ్ ఫేన్మాన్ (1982 లో, కానీ మరింత వివరంగా) స్వతంత్రంగా కంప్యూటింగ్ కోసం క్వాంటం వ్యవస్థలను ఉపయోగించాలనే ఆలోచనను ముందుకు తెచ్చారు. క్లాసికల్ మోడ్రన్ కంప్యూటర్‌ల మాదిరిగా కాకుండా, క్వాంటం సర్క్యూట్‌లు గణనల కోసం క్విట్‌లను (క్వాంటం బిట్స్) ఉపయోగిస్తాయి, ఇవి వాటి స్వభావంతో క్వాంటం రెండు-స్థాయి వ్యవస్థలు మరియు క్వాంటం సూపర్‌పొజిషన్ యొక్క దృగ్విషయాన్ని నేరుగా ఉపయోగించడం సాధ్యం చేస్తాయి. మరో మాటలో చెప్పాలంటే, క్విట్ ఏకకాలంలో |0> మరియు |1>లో ఉంటుంది మరియు రెండు ఇంటర్‌కనెక్టడ్ క్విట్‌లు ఏకకాలంలో |00>, |10>, |01> మరియు |11> రాష్ట్రాలలో ఉండవచ్చు. క్వాంటం సిస్టమ్‌ల యొక్క ఈ లక్షణం సమాంతర కంప్యూటింగ్ పనితీరులో ఘాతాంక పెరుగుదలను అందిస్తుంది, క్వాంటం కంప్యూటర్‌లను అత్యంత శక్తివంతమైన ఆధునిక సూపర్ కంప్యూటర్‌ల కంటే మిలియన్ల రెట్లు వేగంగా చేస్తుంది.

1994లో, పీటర్ షోర్ కారకం సంఖ్యలను ప్రధాన కారకాలుగా మార్చడానికి క్వాంటం అల్గారిథమ్‌ను ప్రతిపాదించాడు. ఈ సమస్యకు సమర్థవంతమైన శాస్త్రీయ పరిష్కారం యొక్క ఉనికి యొక్క ప్రశ్న చాలా ముఖ్యమైనది మరియు ఇప్పటికీ తెరిచి ఉంది, అయితే షోర్ యొక్క క్వాంటం అల్గోరిథం ఉత్తమ క్లాసికల్ అనలాగ్‌కు సంబంధించి ఘాతాంక త్వరణాన్ని అందిస్తుంది. ఉదాహరణకు, పెటాఫ్లాప్ శ్రేణిలో (10 15 ఆపరేషన్‌లు/సెకను) ఆధునిక సూపర్‌కంప్యూటర్ 5 బిలియన్ సంవత్సరాలలో 500 దశాంశ స్థానాలతో ఒక సంఖ్యను పరిష్కరించగలదు; మెగాహెర్ట్జ్ పరిధిలోని క్వాంటం కంప్యూటర్ (10 6 ఆపరేషన్‌లు/సెకను) అదే సమస్యను పరిష్కరిస్తుంది 18 సెకన్లు. ఈ సమస్యను పరిష్కరించడంలో సంక్లిష్టత అనేది జనాదరణ పొందిన RSA క్రిప్టోగ్రాఫిక్ సెక్యూరిటీ అల్గోరిథం యొక్క ఆధారం అని గమనించడం ముఖ్యం, ఇది కేవలం క్వాంటం కంప్యూటర్‌ను సృష్టించిన తర్వాత ఔచిత్యాన్ని కోల్పోతుంది.

1996లో, క్వాడ్రాటిక్ యాక్సిలరేషన్‌తో గణన (శోధన) సమస్యను పరిష్కరించడానికి లోవ్ గ్రోవర్ క్వాంటం అల్గారిథమ్‌ను ప్రతిపాదించాడు. గ్రోవర్ యొక్క అల్గోరిథం యొక్క త్వరణం షోర్ యొక్క అల్గోరిథం కంటే గమనించదగ్గ విధంగా తక్కువగా ఉన్నప్పటికీ, దాని విస్తృత శ్రేణి అప్లికేషన్‌లు ముఖ్యమైనవి మరియు బ్రూట్ ఫోర్స్ యొక్క క్లాసిక్ వెర్షన్‌ను వేగవంతం చేయడం యొక్క స్పష్టమైన అసంభవం. నేడు, 40 కంటే ఎక్కువ ప్రభావవంతమైన క్వాంటం అల్గోరిథంలు తెలిసినవి, వీటిలో ఎక్కువ భాగం షోర్ మరియు గ్రోవర్ అల్గారిథమ్‌ల ఆలోచనలపై ఆధారపడి ఉన్నాయి, వీటిని అమలు చేయడం సార్వత్రిక క్వాంటం కంప్యూటర్‌ను రూపొందించడానికి ఒక ముఖ్యమైన దశ.

క్వాంటం అల్గారిథమ్‌ల అమలు అనేది రీసెర్చ్ సెంటర్ ఫర్ ఫిజిక్స్ మరియు మ్యాథమెటిక్స్ యొక్క ప్రాధాన్యతా పనులలో ఒకటి. ఈ ప్రాంతంలో మా పరిశోధన యూనివర్సల్ క్వాంటం ఇన్ఫర్మేషన్ ప్రాసెసింగ్ సిస్టమ్‌లు మరియు క్వాంటం సిమ్యులేటర్‌లను రూపొందించడానికి మల్టీ-క్విట్ సూపర్ కండక్టింగ్ క్వాంటం ఇంటిగ్రేటెడ్ సర్క్యూట్‌లను అభివృద్ధి చేయడం లక్ష్యంగా పెట్టుకుంది. అటువంటి సర్క్యూట్ల యొక్క ప్రాథమిక మూలకం జోసెఫ్సన్ టన్నెల్ జంక్షన్లు, ఇందులో ఒక సన్నని అవరోధం ద్వారా వేరు చేయబడిన రెండు సూపర్ కండక్టర్లు ఉంటాయి - 1 nm మందపాటి విద్యుద్వాహకము. జోసెఫ్‌సన్ జంక్షన్‌లపై ఆధారపడిన సూపర్‌కండక్టింగ్ క్విట్‌లు, సొల్యూషన్ క్రియోస్టాట్‌లలో సంపూర్ణ సున్నా ఉష్ణోగ్రతలకు (~20 mK) చల్లబడినప్పుడు, క్వాంటం మెకానికల్ లక్షణాలను ప్రదర్శిస్తాయి, విద్యుత్ ఛార్జ్ (ఛార్జ్ క్విట్‌లు), దశ లేదా అయస్కాంత క్షేత్రం యొక్క ఫ్లక్స్ (ఫ్లక్స్ క్విట్‌లు) పరిమాణాన్ని ప్రదర్శిస్తాయి. వారి డిజైన్ మీద ఆధారపడి ఉంటుంది. కెపాసిటివ్ లేదా ఇండక్టివ్ కప్లింగ్ ఎలిమెంట్స్, అలాగే సూపర్ కండక్టింగ్ కోప్లానార్ రెసొనేటర్లు, క్విట్‌లను సర్క్యూట్‌లుగా కలపడానికి ఉపయోగిస్తారు మరియు కంట్రోల్డ్ యాంప్లిట్యూడ్ మరియు ఫేజ్‌తో మైక్రోవేవ్ పల్స్‌ల ద్వారా నియంత్రణ నిర్వహించబడుతుంది. సూపర్ కండక్టింగ్ సర్క్యూట్‌లు ప్రత్యేకంగా ఆకర్షణీయంగా ఉంటాయి, ఎందుకంటే వాటిని సెమీకండక్టర్ పరిశ్రమలో ఉపయోగించే ప్లానర్ మాస్ టెక్నాలజీలను ఉపయోగించి తయారు చేయవచ్చు. ఫిజిక్స్ మరియు మ్యాథమెటిక్స్ రీసెర్చ్ సెంటర్‌లో, సూపర్ కండక్టింగ్ క్వాంటం ఇంటిగ్రేటెడ్ సర్క్యూట్‌ల తయారీకి సంబంధించిన సాంకేతిక ప్రక్రియల ప్రత్యేకతలను పరిగణనలోకి తీసుకుని మా కోసం ప్రత్యేకంగా రూపొందించిన మరియు రూపొందించిన ప్రపంచంలోని ప్రముఖ తయారీదారుల నుండి మేము పరికరాలను (R&D క్లాస్) ఉపయోగిస్తాము.

సూపర్ కండక్టింగ్ క్విట్‌ల నాణ్యత గత 15 సంవత్సరాలలో దాదాపు అనేక ఆర్డర్‌ల పరిమాణంలో మెరుగుపడినప్పటికీ, సూపర్ కండక్టింగ్ క్వాంటం ఇంటిగ్రేటెడ్ సర్క్యూట్‌లు క్లాసికల్ ప్రాసెసర్‌లతో పోలిస్తే ఇప్పటికీ చాలా అస్థిరంగా ఉన్నాయి. విశ్వసనీయ సార్వత్రిక మల్టీక్విట్ క్వాంటం కంప్యూటర్‌ను రూపొందించడానికి పెద్ద సంఖ్యలో భౌతిక, సాంకేతిక, నిర్మాణ మరియు అల్గారిథమిక్ సమస్యలను పరిష్కరించడం అవసరం. REC FMS బహుళ-క్విట్ సూపర్ కండక్టింగ్ క్వాంటం సర్క్యూట్‌లను సృష్టించే దిశలో సమగ్ర పరిశోధన మరియు అభివృద్ధి కార్యక్రమాన్ని రూపొందించింది, వీటిలో:

• కొత్త పదార్థాలు మరియు ఇంటర్‌ఫేస్‌ల నిర్మాణం మరియు పరిశోధన యొక్క పద్ధతులు;
• క్వాంటం సర్క్యూట్ మూలకాల రూపకల్పన మరియు తయారీ సాంకేతికత;
• అత్యంత పొందికైన క్విట్‌లు మరియు అధిక-నాణ్యత రెసొనేటర్‌ల స్కేలబుల్ ఫ్యాబ్రికేషన్;
• సూపర్ కండక్టింగ్ క్విట్‌ల టోమోగ్రఫీ (లక్షణ కొలతలు);
• సూపర్ కండక్టింగ్ క్విట్‌ల నియంత్రణ, క్వాంటం స్విచింగ్ (ఎంటాంగిల్‌మెంట్);
• లోపాన్ని గుర్తించే పద్ధతులు మరియు లోపం దిద్దుబాటు అల్గోరిథంలు;
• మల్టీ-క్విట్ క్వాంటం సర్క్యూట్ ఆర్కిటెక్చర్ అభివృద్ధి;
• క్వాంటం నాయిస్ లెవెల్‌తో సూపర్ కండక్టింగ్ పారామెట్రిక్ యాంప్లిఫైయర్‌లు.

అల్ట్రా-తక్కువ నష్టాలు (ప్రకృతి ద్వారా) మరియు స్కేలబిలిటీ (లితోగ్రాఫిక్ పద్ధతుల ద్వారా తయారు చేయబడినవి) కలిగిన వాటి నాన్ లీనియర్ లక్షణాల కారణంగా, క్వాంటం సూపర్ కండక్టింగ్ సర్క్యూట్‌లను రూపొందించడానికి జోసెఫ్సన్ జంక్షన్‌లు చాలా ఆకర్షణీయంగా ఉన్నాయి. తరచుగా, క్వాంటం సర్క్యూట్‌ను తయారు చేయడానికి, np క్రిస్టల్‌లో 100 nm క్రమం యొక్క లక్షణ పరిమాణాలతో వందల మరియు వేల జోసెఫ్‌సన్ జంక్షన్‌లను ఏర్పరచడం అవసరం. ఈ సందర్భంలో, పరివర్తన పారామితులు ఖచ్చితంగా పునరుత్పత్తి చేయబడితే మాత్రమే సర్క్యూట్ల విశ్వసనీయ ఆపరేషన్ గ్రహించబడుతుంది. మరో మాటలో చెప్పాలంటే, క్వాంటం సర్క్యూట్‌ల యొక్క అన్ని పరివర్తనాలు ఖచ్చితంగా ఒకేలా ఉండాలి. ఇది చేయుటకు, వారు ఎలక్ట్రాన్ బీమ్ లితోగ్రఫీ యొక్క అత్యంత ఆధునిక పద్ధతుల వినియోగాన్ని ఆశ్రయిస్తారు మరియు రెసిస్టివ్ లేదా దృఢమైన ముసుగుల ద్వారా తదుపరి అధిక-ఖచ్చితమైన నీడ నిక్షేపణ.

జోసెఫ్సన్ జంక్షన్ల నిర్మాణం రెండు-పొర రెసిస్టివ్ లేదా దృఢమైన ముసుగులను ఉపయోగించి ప్రామాణిక అల్ట్రా-హై-రిజల్యూషన్ లితోగ్రఫీ పద్ధతుల ద్వారా నిర్వహించబడుతుంది. అటువంటి రెండు-పొరల ముసుగు అభివృద్ధి చేయబడినప్పుడు, అటువంటి కోణాలలో సూపర్ కండక్టర్ పొరల నిక్షేపణ కోసం విండోస్ ఏర్పడతాయి, ప్రక్రియలు డిపాజిట్ చేసిన పొరల యొక్క సూపర్‌పొజిషన్‌కు దారితీస్తాయి. రెండవ సూపర్ కండక్టర్ పొర నిక్షేపణకు ముందు, చాలా అధిక నాణ్యత గల జోసెఫ్సన్ జంక్షన్ విద్యుద్వాహక టన్నెల్ పొర ఏర్పడుతుంది. జోసెఫ్సన్ జంక్షన్లు ఏర్పడిన తర్వాత, రెండు-పొరల ముసుగు తొలగించబడుతుంది. అదే సమయంలో, పరివర్తన నిర్మాణం యొక్క ప్రతి దశలో, ఒక క్లిష్టమైన అంశం “ఆదర్శ” ఇంటర్‌ఫేస్‌ల సృష్టి - అణు కాలుష్యం కూడా మొత్తంగా తయారు చేయబడిన సర్క్యూట్‌ల పారామితులను తీవ్రంగా దిగజార్చుతుంది.

100-500 nm పరిధిలో కనిష్ట కొలతలు మరియు 5% కంటే అధ్వాన్నంగా ఉండే క్రిటికల్ కరెంట్ పరంగా జంక్షన్ పారామితుల పునరుత్పత్తి సామర్థ్యంతో జోసెఫ్సన్ జంక్షన్లు Al-AlOx-Al ఏర్పాటుకు FMN అల్యూమినియం సాంకేతికతను అభివృద్ధి చేసింది. సాంకేతిక పరిశోధనను కొనసాగించడం అనేది కొత్త మెటీరియల్‌లను కనుగొనడం, జంక్షన్‌లను రూపొందించడానికి సాంకేతిక కార్యకలాపాలను మెరుగుపరచడం, కొత్త రూటింగ్ సాంకేతిక ప్రక్రియలతో ఏకీకరణకు విధానాలు మరియు చిప్‌లో వాటి సంఖ్యను పదివేల ముక్కలకు పెంచేటప్పుడు తయారీ జంక్షన్‌ల పునరుత్పత్తి సామర్థ్యాన్ని పెంచడం.

జోసెఫ్‌సన్ క్విట్‌లు (క్వాంటం టూ-లెవల్ సిస్టమ్ లేదా "కృత్రిమ పరమాణువు") భూమి ఉత్తేజిత స్థితి యొక్క శక్తిని స్థాయిలుగా విభజించడం ద్వారా వర్గీకరించబడతాయి మరియు ప్రామాణిక మైక్రోవేవ్ పల్స్ (స్థాయిలు మరియు ఈజెన్‌స్టేట్‌ల మధ్య దూరం యొక్క బాహ్య సర్దుబాటు) ద్వారా నడపబడతాయి. గిగాహెర్ట్జ్ పరిధిలో విభజన ఫ్రీక్వెన్సీ. అన్ని సూపర్ కండక్టింగ్ క్విట్‌లను ఛార్జ్ (విద్యుత్ చార్జ్ పరిమాణీకరణ) మరియు ఫ్లో క్విట్‌లుగా విభజించవచ్చు (అయస్కాంత క్షేత్రం లేదా దశ యొక్క పరిమాణీకరణ), మరియు క్వాంటం కంప్యూటింగ్ కోణం నుండి క్విట్‌ల నాణ్యతకు ప్రధాన ప్రమాణాలు సడలింపు సమయం (T1), పొందిక సమయం (T2, డిఫాసింగ్) మరియు ఒక ఆపరేషన్ చేయడానికి సమయం. Y. నకమురా మరియు యు. పాష్కిన్ (నేచర్ 398, 786–788, 1999) నేతృత్వంలోని శాస్త్రీయ బృందం NEC ప్రయోగశాల (జపాన్)లో మొదటి ఛార్జ్ క్విట్‌ని గ్రహించింది. గత 15 సంవత్సరాలుగా, సూపర్ కండక్టింగ్ క్విట్‌ల యొక్క పొందిక సమయాలను ప్రముఖ పరిశోధనా బృందాలు దాదాపు ఆరు ఆర్డర్‌ల పరిమాణంలో నానోసెకన్ల నుండి వందల మైక్రోసెకన్‌ల వరకు మెరుగుపరచాయి, వందలాది రెండు-క్విట్ ఆపరేషన్‌లు మరియు ఎర్రర్ కరెక్షన్ అల్గారిథమ్‌లను ప్రారంభించాయి.

రీసెర్చ్ సెంటర్ ఫర్ ఫిజిక్స్ అండ్ మ్యాథమెటిక్స్‌లో, మేము అల్యూమినియం జోసెఫ్‌సన్ జంక్షన్‌లతో వివిధ డిజైన్‌ల (స్ట్రీమ్, ఫ్లక్సోనియంలు, 2డి/3డి ట్రాన్స్‌మోన్‌లు, ఎక్స్-మోన్స్, మొదలైనవి) ఛార్జ్ మరియు ఫ్లో క్విట్‌లను అభివృద్ధి చేస్తాము, తయారు చేస్తాము మరియు పరీక్షిస్తాము, కొత్త మెటీరియల్‌లపై పరిశోధనలు నిర్వహిస్తాము మరియు సూపర్ కండక్టింగ్ క్విట్‌ల ప్రాథమిక పారామితులను మెరుగుపరచడానికి ఉద్దేశించిన అత్యంత పొందికైన క్విట్‌లను సృష్టించే పద్ధతులు.

కేంద్రం యొక్క నిపుణులు 3-10 GHz పరిధిలో ప్రతిధ్వని పౌనఃపున్యాలతో థిన్-ఫిల్మ్ ట్రాన్స్‌మిషన్ లైన్‌లు మరియు అధిక-నాణ్యత సూపర్ కండక్టింగ్ రెసొనేటర్‌లను అభివృద్ధి చేస్తున్నారు. అవి క్వాంటం కంప్యూటింగ్ కోసం క్వాంటం సర్క్యూట్‌లు మరియు మెమరీలలో ఉపయోగించబడతాయి, వ్యక్తిగత క్విట్‌లను నియంత్రించడం, వాటి మధ్య కమ్యూనికేషన్ మరియు నిజ సమయంలో వాటి స్థితిని చదవడం. తక్కువ ఉష్ణోగ్రతల వద్ద సింగిల్-ఫోటాన్ పాలనలో సృష్టించబడిన నిర్మాణాల నాణ్యత కారకాన్ని పెంచడం ఇక్కడ ప్రధాన పని.

సూపర్‌కండక్టింగ్ రెసొనేటర్‌ల పారామితులను మెరుగుపరచడానికి, మేము వాటి వివిధ రకాల డిజైన్‌లు, సన్నని ఫిల్మ్ మెటీరియల్‌లు (అల్యూమినియం, నియోబియం, నియోబియం నైట్రైడ్), ఫిల్మ్ డిపాజిషన్ పద్ధతులు (ఎలక్ట్రాన్ బీమ్, మాగ్నెట్రాన్, అటామిక్ లేయర్) మరియు టోపోలాజీల ఏర్పాటుపై పరిశోధన చేస్తాము ( పేలుడు లితోగ్రఫీ, వివిధ ఎచింగ్ ప్రక్రియలు ) వివిధ ఉపరితలాలపై (సిలికాన్, నీలమణి) మరియు ఒక సర్క్యూట్‌లో వివిధ పదార్థాల ఏకీకరణ.

క్వాంటం హార్మోనిక్ ఓసిలేటర్‌లతో క్వాంటం రెండు-స్థాయి వ్యవస్థల యొక్క పొందికైన పరస్పర చర్య (కమ్యూనికేషన్) యొక్క అవకాశాన్ని భౌతిక శాస్త్రంలోని వివిధ రంగాలకు చెందిన శాస్త్రీయ సమూహాలు చాలా కాలంగా అధ్యయనం చేస్తున్నాయి. 2004 వరకు, అటువంటి పరస్పర చర్య పరమాణు భౌతిక శాస్త్రం మరియు క్వాంటం ఆప్టిక్స్‌లోని ప్రయోగాలలో మాత్రమే సాధించబడుతుంది, ఇక్కడ ఒకే అణువు ఒకే ఫోటాన్‌ను ఒకే-మోడ్ రేడియేషన్‌తో పొందికగా మార్పిడి చేస్తుంది. ఈ ప్రయోగాలు పదార్థం, క్వాంటం ఫిజిక్స్, కోహెరెన్స్ మరియు డీకోహెరెన్స్ ఫిజిక్స్‌తో కాంతి పరస్పర చర్య యొక్క మెకానిజమ్‌ల అవగాహనకు ప్రధాన సహకారాన్ని అందించాయి మరియు క్వాంటం కంప్యూటింగ్ భావన యొక్క సైద్ధాంతిక పునాదులను కూడా ధృవీకరించాయి. అయితే, 2004లో, A. వాల్‌రాఫ్ (నేచర్ 431, 162-167 (2004)) నేతృత్వంలోని ఒక పరిశోధనా బృందం, ఒక మైక్రోవేవ్ ఫోటాన్‌తో సాలిడ్-స్టేట్ క్వాంటం సర్క్యూట్‌ని పొందికగా కలపడం యొక్క అవకాశాన్ని మొదటిసారిగా ప్రదర్శించింది. ఈ ప్రయోగాలకు ధన్యవాదాలు మరియు అనేక సాంకేతిక సమస్యలను పరిష్కరించిన తర్వాత, నియంత్రించదగిన ఘన-స్థితి రెండు-స్థాయి క్వాంటం వ్యవస్థలను రూపొందించడానికి సూత్రాలు అభివృద్ధి చేయబడ్డాయి, ఇవి చురుకుగా అధ్యయనం చేయబడిన క్వాంటం ఎలక్ట్రోడైనమిక్స్ సర్క్యూట్ల (QED సర్క్యూట్లు) యొక్క కొత్త నమూనాకు ఆధారం. ఇటీవలి సంవత్సరాలలో.

QED సర్క్యూట్‌లు క్వాంటం వ్యవస్థల యొక్క వివిధ అంశాల పరస్పర చర్య యొక్క లక్షణాలను అధ్యయనం చేయడం మరియు ఆచరణాత్మక ఉపయోగం కోసం క్వాంటం పరికరాలను సృష్టించడం వంటి దృక్కోణం నుండి చాలా ఆకర్షణీయంగా ఉంటాయి. QED సర్క్యూట్‌ల మూలకాల కోసం మేము వివిధ రకాల ఇంటరాక్షన్ స్కీమ్‌లను అన్వేషిస్తున్నాము: క్విట్‌లు మరియు కంట్రోల్ ఎలిమెంట్‌లను సమర్థవంతంగా కలపడం, క్విట్‌లను చిక్కుకోవడానికి సర్క్యూట్ పరిష్కారాలు, తక్కువ సంఖ్యలో ఫోటాన్‌లతో మూలకాల పరస్పర చర్య యొక్క క్వాంటం నాన్‌లీనియారిటీ మొదలైనవి. ఈ అధ్యయనాలు బహుళ-క్విట్ క్వాంటం ఇంటిగ్రేటెడ్ సర్క్యూట్‌లను రూపొందించడానికి ఆచరణాత్మక ప్రయోగాత్మక పద్ధతులను అభివృద్ధి చేయడం లక్ష్యంగా పెట్టుకున్నాయి.

మల్టీక్విట్ క్వాంటం సర్క్యూట్‌లను ఉపయోగించి షోర్ మరియు గ్రోవర్ అల్గారిథమ్‌లను అమలు చేయడానికి మరియు క్లాసికల్ సూపర్ కంప్యూటర్‌లతో పోలిస్తే క్వాంటం త్వరణాన్ని ప్రదర్శించడానికి మెట్రోలాజికల్, మెథడాలాజికల్ మరియు అల్గారిథమిక్ బేస్‌ను రూపొందించడానికి సాంకేతికతను అభివృద్ధి చేయడం FMSలో ఈ దిశలో పరిశోధన యొక్క ప్రధాన లక్ష్యం. ఈ అత్యంత ప్రతిష్టాత్మకమైన శాస్త్రీయ మరియు సాంకేతిక పనికి పెద్ద సంఖ్యలో సైద్ధాంతిక భౌతిక, సాంకేతిక, సర్క్యూట్ డిజైన్, మెట్రోలాజికల్ మరియు అల్గారిథమిక్ సమస్యలను పరిష్కరించడం అవసరం, ప్రముఖ శాస్త్రీయ సమూహాలు మరియు IT కంపెనీలు ప్రస్తుతం చురుకుగా పనిచేస్తున్నాయి.

క్వాంటం కంప్యూటింగ్ రంగంలో పరిశోధన మరియు అభివృద్ధి ప్రపంచ ప్రఖ్యాత రష్యన్ శాస్త్రవేత్తల నిర్వహణలో ISSP RAS, MISIS, MIPT, NSTU మరియు RKTల యొక్క ప్రముఖ రష్యన్ శాస్త్రీయ బృందాలతో సన్నిహిత సహకారంతో నిర్వహించబడుతుంది.

రష్యన్ ఫెడరేషన్ యొక్క విద్య మంత్రిత్వ శాఖ

స్టేట్ ఎడ్యుకేషనల్ ఇన్స్టిట్యూట్

వ్యాసం

క్వాంటం కంప్యూటింగ్

పరిచయం

అధ్యాయం I. క్వాంటం మెకానిక్స్ యొక్క ప్రాథమిక అంశాలు

అధ్యాయం II. క్వాంటం కంప్యూటింగ్ యొక్క ప్రాథమిక అంశాలు మరియు సూత్రాలు

అధ్యాయం III. గ్రోవర్ యొక్క అల్గోరిథం

ముగింపు

గ్రంథ పట్టిక

పరిచయం

ఒక కంప్యూటర్‌ను ఊహించండి, దాని మెమరీ దాని భౌతిక పరిమాణం కంటే విపరీతంగా పెద్దది, మీరు ఆశించే విధంగా ఉంటుంది; ఏకకాలంలో ఇన్‌పుట్ డేటా యొక్క విపరీతమైన పెద్ద సెట్‌ను నిర్వహించగల కంప్యూటర్; హిల్బర్ట్ స్పేస్‌లో గణనలను నిర్వహించే కంప్యూటర్, ఇది మనలో చాలా మందికి మబ్బుగా ఉంటుంది.

అప్పుడు మీరు క్వాంటం కంప్యూటర్ గురించి ఆలోచిస్తారు.

క్వాంటం మెకానిక్స్ ఆధారంగా కంప్యూటింగ్ పరికరం యొక్క ఆలోచనను 1970ల ప్రారంభంలో మరియు 1980ల ప్రారంభంలో IBM థామస్ J. వాట్సన్ రీసెర్చ్ సెంటర్‌కు చెందిన చార్లెస్ H. బెన్నెట్ మరియు అర్గోన్ నేషనల్ నుండి పాల్ A. బెనియోఫ్ వంటి భౌతిక శాస్త్రవేత్తలు మరియు కంప్యూటర్ శాస్త్రవేత్తలు పరిగణించారు. ఇల్లినాయిస్‌లోని లాబొరేటరీ, ఆక్స్‌ఫర్డ్ విశ్వవిద్యాలయం నుండి డేవిడ్ డ్యూచ్ మరియు తరువాత రిచర్డ్ పి. ఫెయిన్‌మాన్ కాలిఫోర్నియా ఇన్‌స్టిట్యూట్ ఆఫ్ టెక్నాలజీ (కాల్టెక్) నుండి వచ్చారు. కంప్యూటింగ్ యొక్క ప్రాథమిక పరిమితులపై శాస్త్రవేత్తలు ఆసక్తి చూపినప్పుడు ఈ ఆలోచన ఉద్భవించింది. సిలికాన్ చిప్‌లలో ప్యాక్ చేయబడిన కంప్యూటర్ నెట్‌వర్క్‌ల పరిమాణాన్ని సాంకేతికత క్రమంగా తగ్గించడం కొనసాగిస్తే, అది వ్యక్తిగత మూలకాలు కొన్ని పరమాణువుల కంటే ఎక్కువగా మారడానికి దారితీస్తుందని వారు గ్రహించారు. క్వాంటం ఫిజిక్స్ యొక్క నియమాలు పరమాణు స్థాయిలో పనిచేస్తాయి, శాస్త్రీయమైనవి కావు కాబట్టి అప్పుడు ఒక సమస్య తలెత్తింది. ఇది క్వాంటం ఫిజిక్స్ సూత్రాల ఆధారంగా కంప్యూటర్‌ను నిర్మించడం సాధ్యమేనా అనే ప్రశ్నను లేవనెత్తింది.

ఈ ప్రశ్నకు సమాధానం ఇవ్వడానికి ప్రయత్నించిన వారిలో ఫేన్‌మాన్ ఒకరు. 1982లో అతను గణనకు అనువైన నైరూప్య క్వాంటం వ్యవస్థ నమూనాను ప్రతిపాదించాడు. అటువంటి వ్యవస్థ క్వాంటం ఫిజిక్స్‌లో సిమ్యులేటర్‌గా ఎలా ఉంటుందో కూడా అతను వివరించాడు. మరో మాటలో చెప్పాలంటే, భౌతిక శాస్త్రవేత్తలు అటువంటి క్వాంటం కంప్యూటర్‌లో గణన ప్రయోగాలు చేయవచ్చు.

తరువాత, 1985లో, ఫేన్మాన్ యొక్క దావా చివరికి సాధారణ-ప్రయోజన క్వాంటం కంప్యూటర్‌కు దారితీస్తుందని డ్యూచ్ గ్రహించాడు మరియు అతను ఏదైనా భౌతిక ప్రక్రియను సూత్రప్రాయంగా క్వాంటం కంప్యూటర్‌లో అనుకరించవచ్చని చూపించే మైలురాయి సైద్ధాంతిక పనిని ప్రచురించాడు.

దురదృష్టవశాత్తూ, ఆ సమయంలో వారు ముందుకు రాగలిగారంటే, 1994లో షోర్ తన పనిని విడుదల చేసే వరకు, ఒక క్వాంటం కంప్యూటర్‌లోని నంబర్ థియరీ నుండి ఒక ముఖ్యమైన సమస్యను పరిష్కరించడానికి ఒక అల్గారిథమ్‌ను అందించాడు, అవి, ప్రధాన కారకాలుగా కుళ్ళిపోవడం. క్వాంటం కంప్యూటర్ కోసం ప్రత్యేకంగా రూపొందించిన గణిత శాస్త్ర కార్యకలాపాల సమితి ఎలా ఉంటుందో అతను చూపించాడు కారకం(కారకం) భారీ సంఖ్యలను అద్భుతంగా త్వరగా, సంప్రదాయ కంప్యూటర్‌ల కంటే చాలా వేగంగా. ఇది క్వాంటం కంప్యూటింగ్‌ను విద్యాపరమైన ఆసక్తి నుండి ప్రపంచం మొత్తానికి ఆసక్తి కలిగించే సమస్యకు తరలించిన పురోగతి.

అధ్యాయం I . క్వాంటం మెకానిక్స్ యొక్క ప్రాథమిక భావనలు

19వ శతాబ్దం చివరలో, భౌతికశాస్త్రం ఒక "వాస్తవంగా పూర్తి" శాస్త్రం అని మరియు దాని పూర్తి "సంపూర్ణత" కోసం చాలా తక్కువ మిగిలి ఉందని శాస్త్రవేత్తలలో విస్తృతమైన అభిప్రాయం ఉంది: నిర్మాణాన్ని వివరించడానికి అణువుల ఆప్టికల్ స్పెక్ట్రామరియు స్పెక్ట్రల్ పంపిణీ థర్మల్ రేడియేషన్ . ఒక అణువు యొక్క ఆప్టికల్ స్పెక్ట్రాస్వేచ్ఛగా లేదా బలహీనంగా కట్టుబడి ఉన్న అణువుల ద్వారా కాంతి (విద్యుదయస్కాంత తరంగాలు) ఉద్గారం లేదా శోషణ ద్వారా పొందబడతాయి; మోనాటమిక్ వాయువులు మరియు ఆవిరి, ప్రత్యేకించి, అటువంటి వర్ణపటాన్ని కలిగి ఉంటాయి.

థర్మల్ రేడియేషన్విద్యుదయస్కాంత వికిరణం కారణంగా శరీరంలోని ప్రాదేశికంగా వేరు చేయబడిన భాగాల మధ్య ఉష్ణాన్ని బదిలీ చేసే విధానం.

ఏదేమైనప్పటికీ, 20వ శతాబ్దం ప్రారంభంలో ఎటువంటి "పూర్తి" గురించి మాట్లాడలేమని అర్థం చేసుకోవడానికి దారితీసింది. వీటిని మరియు అనేక ఇతర దృగ్విషయాలను వివరించడానికి, భౌతిక శాస్త్రంలో అంతర్లీనంగా ఉన్న భావనలను సమూలంగా సవరించడం అవసరమని స్పష్టమైంది.

ఉదాహరణకు, కాంతి యొక్క తరంగ సిద్ధాంతం ఆధారంగా, మొత్తం ఆప్టికల్ దృగ్విషయం యొక్క సమగ్ర వివరణను ఇవ్వడం అసాధ్యం అని తేలింది.

రేడియేషన్ యొక్క వర్ణపట కూర్పు యొక్క సమస్యను పరిష్కరించేటప్పుడు, 1900లో జర్మన్ భౌతిక శాస్త్రవేత్త మాక్స్ ప్లాంక్, పదార్థం ద్వారా కాంతి యొక్క ఉద్గారం మరియు శోషణ పరిమిత భాగాలలో జరుగుతుందని సూచించాడు, లేదా క్వాంటాఅదే సమయంలో, శక్తి ఫోటాన్ - విద్యుదయస్కాంత వికిరణం యొక్క పరిమాణం(ఇరుకైన అర్థంలో - కాంతి) వ్యక్తీకరణ ద్వారా నిర్ణయించబడుతుంది

విడుదలయ్యే (లేదా శోషించబడిన) కాంతి యొక్క ఫ్రీక్వెన్సీ ఎక్కడ ఉంది మరియు సార్వత్రిక స్థిరాంకం, ఇప్పుడు ప్లాంక్ స్థిరాంకం అని పిలుస్తారు.

డైరాక్ స్థిరాంకం తరచుగా ఉపయోగించబడుతుంది

అప్పుడు క్వాంటం శక్తి , ఎక్కడ అని వ్యక్తీకరించబడుతుంది

రేడియేషన్ యొక్క వృత్తాకార ఫ్రీక్వెన్సీ.

కాంతిని చార్జ్డ్ కణాల ప్రవాహంగా మరియు తరంగాలుగా చూడటం మధ్య వైరుధ్యాలు భావనకు దారితీశాయి తరంగ-కణ ద్వంద్వత్వం.

ఒక వైపు, ఫోటాన్ దృగ్విషయంలో విద్యుదయస్కాంత తరంగం యొక్క లక్షణాలను ప్రదర్శిస్తుంది విక్షేపం(తరంగదైర్ఘ్యంతో పోల్చదగిన అడ్డంకుల చుట్టూ తరంగాలు వంగి ఉంటాయి) మరియు జోక్యంఫోటాన్ తరంగదైర్ఘ్యంతో పోల్చదగిన ప్రమాణాలపై (అదే పౌనఃపున్యం మరియు అదే ప్రారంభ దశతో తరంగాల సూపర్‌పొజిషన్). ఉదాహరణకు, డబుల్ స్లిట్ గుండా వెళుతున్న సింగిల్ ఫోటాన్‌లు వర్ణించగల స్క్రీన్‌పై జోక్యం నమూనాను సృష్టిస్తాయి మాక్స్‌వెల్ సమీకరణాలు. ఏది ఏమైనప్పటికీ, ఫోటాన్ తరంగదైర్ఘ్యం (ఉదాహరణకు, పరమాణువులు) కంటే చాలా తక్కువగా ఉండే వస్తువుల ద్వారా ఫోటాన్‌లు విడుదల చేయబడతాయని మరియు పూర్తిగా గ్రహించబడతాయని ప్రయోగం చూపిస్తుంది లేదా సాధారణంగా కొంత ఉజ్జాయింపును పాయింట్‌లాగా పరిగణించవచ్చు (ఉదాహరణకు, ఒక ఎలక్ట్రాన్), అంటే, అవి కణాల వలె ప్రవర్తిస్తాయి - శవాలు. మన చుట్టూ ఉన్న మాక్రోకోస్మ్‌లో, అంతరిక్షంలో రెండు బిందువుల మధ్య శక్తి మరియు మొమెంటం బదిలీ చేయడానికి రెండు ప్రాథమిక మార్గాలు ఉన్నాయి: పదార్థం యొక్క ప్రత్యక్ష కదలిక ఒక బిందువు నుండి మరొకదానికి మరియు పదార్థాన్ని బదిలీ చేయకుండా శక్తిని బదిలీ చేసే తరంగ ప్రక్రియ. ఇక్కడ అన్ని శక్తి వాహకాలు ఖచ్చితంగా కార్పస్కులర్ మరియు వేవ్‌గా విభజించబడ్డాయి. దీనికి విరుద్ధంగా, మైక్రోవరల్డ్‌లో అటువంటి విభజన ఉనికిలో లేదు. అన్ని కణాలు, మరియు ప్రత్యేకించి ఫోటాన్లు, కార్పస్కులర్ మరియు వేవ్ లక్షణాలు రెండింటినీ ఆపాదించాయి. పరిస్థితి అస్పష్టంగా ఉంది. ఇది క్వాంటం మోడల్స్ యొక్క ఆబ్జెక్టివ్ ప్రాపర్టీ.

కాంతి మూలం ద్వారా విడుదలయ్యే దాదాపు మోనోక్రోమటిక్ ఫ్రీక్వెన్సీ రేడియేషన్‌ను మనం ఫోటాన్‌లు అని పిలిచే "రేడియేషన్ ప్యాకెట్లు" కలిగి ఉన్నట్లు భావించవచ్చు. మోనోక్రోమటిక్ రేడియేషన్ - చాలా చిన్న ఫ్రీక్వెన్సీ స్ప్రెడ్, ఆదర్శంగా ఒక తరంగదైర్ఘ్యం కలిగి ఉంటుంది.

అంతరిక్షంలో ఫోటాన్‌ల ప్రచారం క్లాసికల్ మాక్స్‌వెల్ సమీకరణాల ద్వారా సరిగ్గా వివరించబడింది. ఈ సందర్భంలో, ప్రతి ఫోటాన్ శాస్త్రీయంగా పరిగణించబడుతుంది ఒక రైలులో అలలు, రెండు వెక్టార్ ఫీల్డ్‌ల ద్వారా నిర్వచించబడింది - ఎలెక్ట్రోస్టాటిక్ ఫీల్డ్ బలం మరియు అయస్కాంత క్షేత్రం ఇండక్షన్. వేవ్ రైలు అనేది వాటి మధ్య విరామాలతో కూడిన అవాంతరాల శ్రేణి. ఒక వ్యక్తి పరమాణువు యొక్క రేడియేషన్ ఏకవర్ణంగా ఉండదు, ఎందుకంటే రేడియేషన్ ఒక పరిమిత వ్యవధిలో ఉంటుంది, పెరుగుదల మరియు పతనం యొక్క కాలాలను కలిగి ఉంటుంది.

ఫోటాన్ కదులుతున్న ప్రదేశంలోని శక్తి సాంద్రతగా వ్యాప్తి యొక్క చతురస్రాల మొత్తాన్ని అర్థం చేసుకోవడం సరికాదు; బదులుగా, తరంగ వ్యాప్తిపై చతుర్భుజంగా ఆధారపడిన ప్రతి పరిమాణాన్ని కొంత ప్రక్రియ యొక్క సంభావ్యతకు అనులోమానుపాతంలో ఉండే పరిమాణంగా అర్థం చేసుకోవాలి. ఇది ఈ ప్రాంతానికి ఫోటాన్ అందించిన శక్తికి సమానం కాదు, కానీ ఈ ప్రాంతంలో ఫోటాన్‌ను గుర్తించే సంభావ్యతకు అనులోమానుపాతంలో ఉంటుంది.

ఫోటాన్ ద్వారా అంతరిక్షంలో ఏదైనా ప్రదేశానికి బదిలీ చేయబడిన శక్తి ఎల్లప్పుడూ సమానంగా ఉంటుంది. తద్వారా ఇచ్చిన ప్రాంతంలో ఫోటాన్‌ను కనుగొనే సంభావ్యత ఎక్కడ ఉంది మరియు ఫోటాన్‌ల సంఖ్య.

1921లో, స్టెర్న్-గెర్లాచ్ ప్రయోగం పరమాణువుల ఉనికిని నిర్ధారించింది తిరిగిమరియు వారి అయస్కాంత కదలికల దిశ యొక్క ప్రాదేశిక పరిమాణీకరణ వాస్తవం (ఇంగ్లీష్ స్పిన్ నుండి - తిప్పడానికి, స్పిన్.). స్పిన్- ఎలిమెంటరీ పార్టికల్స్ యొక్క అంతర్గత కోణీయ మొమెంటం, ఇది క్వాంటం స్వభావాన్ని కలిగి ఉంటుంది మరియు మొత్తంగా కణం యొక్క కదలికతో సంబంధం కలిగి ఉండదు. స్పిన్ భావనను పరిచయం చేస్తున్నప్పుడు, ఎలక్ట్రాన్‌ను "రొటేటింగ్ టాప్"గా పరిగణించవచ్చని మరియు దాని స్పిన్ అటువంటి భ్రమణ లక్షణంగా పరిగణించబడుతుందని భావించబడింది. స్పిన్ అనేది పరమాణు కేంద్రకం లేదా పరమాణువు యొక్క అంతర్గత కోణీయ మొమెంటంకు ఇవ్వబడిన పేరు; ఈ సందర్భంలో, స్పిన్ అనేది వ్యవస్థను ఏర్పరిచే ప్రాథమిక కణాల యొక్క స్పిన్‌ల యొక్క వెక్టార్ మొత్తం (క్వాంటం మెకానిక్స్‌లో క్షణాలను జోడించే నియమాల ప్రకారం లెక్కించబడుతుంది) మరియు ఈ కణాల యొక్క కక్ష్య కదలికల కారణంగా నిర్వచించబడుతుంది. వ్యవస్థ.

స్పిన్ యూనిట్లలో కొలుస్తారు (తగ్గిన ప్లాంక్ స్థిరాంకాలు, లేదా డైరాక్ స్థిరాంకాలు) మరియు సమానం , ఇక్కడ జె- ఒక పూర్ణాంకం (సున్నాతో సహా) లేదా సగం పూర్ణాంక ధనాత్మక సంఖ్య ప్రతి రకం కణం యొక్క లక్షణం - స్పిన్ క్వాంటం సంఖ్య, దీనిని సాధారణంగా స్పిన్ అంటారు (క్వాంటం సంఖ్యలలో ఒకటి). ఈ విషయంలో, వారు ఒక కణం యొక్క పూర్తి లేదా సగం-పూర్ణాంక స్పిన్ గురించి మాట్లాడతారు. అయినప్పటికీ, స్పిన్ మరియు స్పిన్ క్వాంటం సంఖ్య యొక్క భావనలు గందరగోళంగా ఉండకూడదు. స్పిన్ క్వాంటం సంఖ్య అనేది క్వాంటం వ్యవస్థ (అణువు, అయాన్, పరమాణు కేంద్రకం, అణువు), అంటే దాని స్వంత (అంతర్గత) కోణీయ మొమెంటం యొక్క స్పిన్ విలువను నిర్ణయించే క్వాంటం సంఖ్య. స్పేస్‌లోని ఏదైనా స్థిర దిశలో zపై స్పిన్ యొక్క ప్రొజెక్షన్ విలువలను తీసుకోవచ్చు జె , J-1, ..., -J.అందువలన, స్పిన్ తో ఒక కణం జెలో ఉండవచ్చు 2J+1స్పిన్ స్టేట్స్ (వద్ద జె= 1 / 2 - రెండు రాష్ట్రాల్లో), ఇది అదనపు అంతర్గత స్వేచ్ఛ యొక్క ఉనికికి సమానం.

క్వాంటం మెకానిక్స్ యొక్క ముఖ్య అంశం హైసెన్‌బర్గ్ అనిశ్చితి సూత్రం, అంతరిక్షంలో కణం యొక్క స్థానం మరియు దాని మొమెంటంను ఏకకాలంలో ఖచ్చితంగా గుర్తించడం అసాధ్యం అని ఇది చెబుతుంది. ఈ సూత్రం కాంతి పరిమాణాన్ని వివరిస్తుంది, అలాగే ఫోటాన్ శక్తి దాని ఫ్రీక్వెన్సీపై దామాషా ఆధారపడటాన్ని వివరిస్తుంది.

ఫోటాన్ యొక్క కదలికను మాక్స్‌వెల్ యొక్క సమీకరణాల వ్యవస్థ ద్వారా వర్ణించవచ్చు, అయితే ఎలక్ట్రాన్ వంటి ఏదైనా ఇతర ప్రాథమిక కణం యొక్క చలన సమీకరణం ష్రోడింగర్ సమీకరణం ద్వారా వివరించబడుతుంది, ఇది మరింత సాధారణమైనది.

మాక్స్వెల్ యొక్క సమీకరణాల వ్యవస్థ లోరెంజ్ పరివర్తనలో మార్పులేనిది. లోరెంజ్ రూపాంతరాలుప్రత్యేక సాపేక్ష సిద్ధాంతంలో స్పేస్-టైమ్ కోఆర్డినేట్‌లకు లోబడి ఉండే పరివర్తనలు అంటారు (x,y,z,t)ప్రతి సంఘటన ఒక ఇనర్షియల్ ఫ్రేమ్ ఆఫ్ రిఫరెన్స్ నుండి మరొకదానికి మారే సమయంలో. సారాంశంలో, ఈ పరివర్తనలు గెలీలియో యొక్క పరివర్తనల వలె అంతరిక్షంలో మాత్రమే కాకుండా, సమయానికి కూడా పరివర్తనలు.

అధ్యాయం II . క్వాంటం కంప్యూటింగ్ యొక్క ప్రాథమిక అంశాలు మరియు సూత్రాలు

కంప్యూటర్లు వాటి పనిలో మునుపటి కంటే చిన్నవిగా మరియు చాలా వేగంగా మారినప్పటికీ, పని కూడా అలాగే ఉంటుంది: బిట్‌ల క్రమాన్ని మార్చండి మరియు ఆ క్రమాన్ని ఉపయోగకరమైన గణన ఫలితంగా అర్థం చేసుకోండి. బిట్ అనేది సమాచారం యొక్క ప్రాథమిక యూనిట్, సాధారణంగా మీ డిజిటల్ కంప్యూటర్‌లో 0 లేదా 1గా సూచించబడుతుంది. హార్డ్ డ్రైవ్‌లోని మాగ్నెటైజేషన్ లేదా కెపాసిటర్‌పై ఛార్జ్ వంటి మాక్రోస్కోపిక్ ఫిజికల్ సిస్టమ్ ద్వారా ప్రతి క్లాసికల్ బిట్ భౌతికంగా గ్రహించబడుతుంది. ఉదాహరణకు, దీనితో కూడిన టెక్స్ట్ nఅక్షరాలు, మరియు సాధారణ కంప్యూటర్ హార్డ్ డ్రైవ్‌లో నిల్వ చేయబడి, స్ట్రింగ్ ద్వారా వివరించబడింది 8nసున్నాలు మరియు వాటిని. ఇక్కడే మీ క్లాసికల్ కంప్యూటర్ మరియు క్వాంటం కంప్యూటర్ మధ్య ప్రాథమిక వ్యత్యాసం ఉంది. క్లాసికల్ కంప్యూటర్ క్లాసికల్ ఫిజిక్స్ యొక్క బాగా అర్థం చేసుకున్న నియమాలకు కట్టుబడి ఉండగా, క్వాంటం కంప్యూటర్ అనేది క్వాంటం మెకానికల్ దృగ్విషయాన్ని (ముఖ్యంగా) దోపిడీ చేసే పరికరం. క్వాంటం జోక్యం) సమాచారాన్ని ప్రాసెస్ చేయడానికి పూర్తిగా కొత్త మార్గాన్ని అమలు చేయడానికి.

క్వాంటం కంప్యూటర్‌లో, సమాచారం యొక్క ప్రాథమిక యూనిట్ (క్వాంటం బిట్ లేదా క్విట్), బైనరీ కాదు, కానీ క్వాటర్నరీ స్వభావం. క్విట్ యొక్క ఈ లక్షణం క్వాంటం మెకానిక్స్ నియమాలకు లోబడి ఉండటం యొక్క ప్రత్యక్ష పర్యవసానంగా పుడుతుంది, ఇవి శాస్త్రీయ భౌతిక శాస్త్ర నియమాల నుండి పూర్తిగా భిన్నంగా ఉంటాయి. క్విట్ అనేది క్లాసికల్ బిట్ లాగా లాజికల్ 0 లేదా 1కి అనుగుణమైన స్థితిలో మాత్రమే కాకుండా, మిశ్రమ లేదా సూపర్ పొజిషన్లుఈ సాంప్రదాయ రాష్ట్రాలు. మరో మాటలో చెప్పాలంటే, ఒక క్విట్ సున్నాగా, ఒకటిగా మరియు 0 మరియు 1 రెండింటిలోనూ ఉంటుంది. ఈ సందర్భంలో, మీరు ప్రతి రాష్ట్రంలో ఉండే సంభావ్యతను సూచించే నిర్దిష్ట సంఖ్యా గుణకాన్ని పేర్కొనవచ్చు.

క్వాంటం కంప్యూటర్‌ను నిర్మించే అవకాశం గురించి ఆలోచనలు 1982-1986లో R. ఫేన్‌మాన్ యొక్క పనికి తిరిగి వెళ్లాయి. డిజిటల్ కంప్యూటర్‌లో క్వాంటం సిస్టమ్‌ల పరిణామాన్ని లెక్కించే ప్రశ్నను పరిగణనలోకి తీసుకుంటే, ఫేన్‌మాన్ ఈ సమస్య యొక్క "పరిష్కరించలేనిది" అని కనుగొన్నాడు: క్వాంటం సమస్యలను పరిష్కరించడానికి క్లాసికల్ యంత్రాల మెమరీ వనరులు మరియు వేగం సరిపోవని తేలింది. ఉదాహరణకు, ఒక వ్యవస్థ nరెండు రాష్ట్రాలతో కూడిన క్వాంటం కణాలు (స్పిన్స్ 1/2 ) ఇది కలిగి ఉంది 2 nప్రాథమిక రాష్ట్రాలు; దానిని వివరించడానికి, పేర్కొనడం అవసరం (మరియు కంప్యూటర్ మెమరీలో వ్రాయండి) 2 nఈ రాష్ట్రాల వ్యాప్తి. ఈ ప్రతికూల ఫలితం ఆధారంగా, "క్వాంటం కంప్యూటర్" క్వాంటం సమస్యలను పరిష్కరించడానికి అనుమతించే లక్షణాలను కలిగి ఉండే అవకాశం ఉందని ఫేన్‌మాన్ సూచించారు.

"క్లాసికల్" కంప్యూటర్లు ఇన్‌పుట్ మరియు అవుట్‌పుట్ వోల్టేజీల మధ్య నాన్ లీనియర్ సంబంధాలను కలిగి ఉండే ట్రాన్సిస్టర్ సర్క్యూట్‌లపై నిర్మించబడ్డాయి. అవి తప్పనిసరిగా బిస్టేబుల్ ఎలిమెంట్స్; ఉదాహరణకు, ఇన్‌పుట్ వోల్టేజ్ తక్కువగా ఉన్నప్పుడు (లాజికల్ "0"), ఇన్‌పుట్ వోల్టేజ్ ఎక్కువగా ఉంటుంది (లాజికల్ "1"), మరియు వైస్ వెర్సా. క్వాంటం ప్రపంచంలో, అటువంటి బిస్టేబుల్ ట్రాన్సిస్టర్ సర్క్యూట్‌ను రెండు-స్థాయి క్వాంటం కణంతో పోల్చవచ్చు: మేము తార్కిక విలువలను స్థితి, స్థితికి కేటాయిస్తాము. - బూలియన్ విలువ. ఇక్కడ బిస్టేబుల్ ట్రాన్సిస్టర్ సర్క్యూట్‌లోని పరివర్తనాలు స్థాయి నుండి స్థాయికి పరివర్తనలకు అనుగుణంగా ఉంటాయి: . ఏది ఏమైనప్పటికీ, క్వాంటం బిస్టేబుల్ ఎలిమెంట్, క్విట్ అని పిలువబడుతుంది, ఇది క్లాసికల్, స్టేట్‌ల సూపర్‌పొజిషన్ యొక్క ప్రాపర్టీతో పోల్చితే కొత్తది కలిగి ఉంటుంది: ఇది సంక్లిష్ట సంఖ్యలు ఉన్న ఏదైనా సూపర్‌పొజిషన్ స్థితిలో ఉండవచ్చు, . నుండి క్వాంటం వ్యవస్థ యొక్క రాష్ట్రాలు పిరెండు-స్థాయి కణాలు సాధారణంగా సూపర్‌పొజిషన్ రూపాన్ని కలిగి ఉంటాయి 2 n ప్రాథమిక పరిస్థితి . అంతిమంగా, రాష్ట్రాల సూపర్‌పొజిషన్ యొక్క క్వాంటం సూత్రం క్వాంటం కంప్యూటర్‌కు ప్రాథమికంగా కొత్త “సామర్థ్యాలను” అందించడం సాధ్యం చేస్తుంది.

క్వాంటం కంప్యూటర్‌ను కేవలం రెండు మూలకాల (గేట్లు) నుండి నిర్మించవచ్చని నిరూపించబడింది: ఒక-క్విట్ మూలకం మరియు రెండు-క్విట్ నియంత్రిత NOT మూలకం (CNOT). మాతృక 2x2మూలకం రూపం కలిగి ఉంది:

(1)

z అక్షం నుండి కోణాల ద్వారా పేర్కొన్న ధ్రువ అక్షం వరకు క్విట్ స్థితి వెక్టార్ యొక్క భ్రమణాన్ని గేట్ వివరిస్తుంది . అహేతుక సంఖ్యలు అయితే, పదే పదే ఉపయోగించడం ద్వారా రాష్ట్ర వెక్టర్‌కు ఏదైనా ముందుగా నిర్ణయించిన విన్యాసాన్ని ఇవ్వవచ్చు. ఇది ఖచ్చితంగా ఒకే-క్విట్ గేట్ (1) రూపంలో "సార్వత్రికత". ఒక నిర్దిష్ట సందర్భంలో, మేము సింగిల్-క్విట్ లాజికల్ ఎలిమెంట్ NOT (NOT)ని పొందుతాము: NOT=, NOT=. ఒక మూలకాన్ని భౌతికంగా అమలు చేస్తున్నప్పుడు, క్విట్‌ను ఒక స్థితి నుండి మరొక స్థితికి బదిలీ చేసే బాహ్య పల్స్‌తో క్వాంటం కణాన్ని (క్విట్) ప్రభావితం చేయవలసిన అవసరం లేదు. నియంత్రిత NOT గేట్ రెండు ఇంటరాక్టింగ్ క్విట్‌లను ప్రభావితం చేయడం ద్వారా అమలు చేయబడుతుంది: ఈ సందర్భంలో, పరస్పర చర్య ద్వారా, ఒక క్విట్ మరొకదాని పరిణామాన్ని నియంత్రిస్తుంది. బాహ్య పప్పుల ప్రభావంతో పరివర్తనాలు పల్సెడ్ మాగ్నెటిక్ రెసొనెన్స్ స్పెక్ట్రోస్కోపీలో బాగా తెలుసు. వాల్వ్ ఒక ప్రేరణ ప్రభావంతో స్పిన్ ఫ్లిప్‌కు అనుగుణంగా ఉండదు (కోణం ద్వారా అక్షం చుట్టూ అయస్కాంతీకరణ యొక్క భ్రమణ) . CNOT గేట్ రెండు స్పిన్‌లలో అమలు చేయబడుతుంది 1/2 హామిల్టోనియన్ (స్పిన్ నియంత్రణలు)తో CNOT మూడు దశల్లో నిర్వహించబడుతుంది: ప్రేరణ + కాలక్రమేణా ఉచిత ప్రిసెషన్ - ప్రేరణ. (నియంత్రించే క్విట్ రాష్ట్రంలో ఉంటే), అప్పుడు పేర్కొన్న ప్రభావాలలో నియంత్రిత క్విట్ పరివర్తనలను చేస్తుంది (లేదా ). (నియంత్రించే క్విట్ స్థితిలో ఉంటే), అప్పుడు నియంత్రిత క్విట్ యొక్క పరిణామం యొక్క ఫలితం భిన్నంగా ఉంటుంది: (). అందువలన, స్పిన్ భిన్నంగా అభివృద్ధి చెందుతుంది : ఇక్కడ నియంత్రించే క్విట్ స్థితి ఉంది.

నిర్దిష్ట క్వాంటం సిస్టమ్‌లపై క్వాంటం కంప్యూటర్‌ను అమలు చేసే ప్రశ్నను పరిశీలిస్తున్నప్పుడు, ప్రాథమిక NOT మరియు నియంత్రిత NOT గేట్ల యొక్క సాధ్యత మరియు లక్షణాలు మొదట పరిశీలించబడతాయి.

కింది వాటి కోసం, ఒక-క్విట్ హడమార్డ్ పరివర్తనను పరిచయం చేయడం కూడా ఉపయోగకరంగా ఉంటుంది:

మాగ్నెటిక్ రెసొనెన్స్ టెక్నాలజీలో ఈ గేట్లు పప్పుల ద్వారా నిర్వహించబడతాయి:

క్వాంటం కంప్యూటర్ యొక్క రేఖాచిత్రం చిత్రంలో చూపబడింది. కంప్యూటర్ పనిచేయడం ప్రారంభించే ముందు, అన్ని క్విట్‌లను (క్వాంటం కణాలు) స్థితికి తీసుకురావాలి, అనగా. నేల స్థితికి. స్వతహాగా ఈ పరిస్థితి సామాన్యమైనది కాదు.

దీనికి లోతైన శీతలీకరణ (మిల్లికెల్విన్ క్రమంలో ఉష్ణోగ్రతలకు) లేదా ధ్రువణ పద్ధతులను ఉపయోగించడం అవసరం. వ్యవస్థ పిరాష్ట్రంలోని క్విట్‌లను ఇన్‌పుట్ డేటాను రికార్డ్ చేయడానికి మరియు గణనలను నిర్వహించడానికి సిద్ధం చేసిన మెమరీ రిజిస్టర్‌గా పరిగణించవచ్చు. ఈ రిజిస్టర్‌కు అదనంగా, గణనల యొక్క ఇంటర్మీడియట్ ఫలితాలను రికార్డ్ చేయడానికి అవసరమైన అదనపు (సహాయక) రిజిస్టర్‌లు ఉన్నాయని సాధారణంగా భావించబడుతుంది. కంప్యూటర్‌లోని ప్రతి క్విట్‌ను ఒక విధంగా లేదా మరొక విధంగా ప్రభావితం చేయడం ద్వారా డేటా రికార్డ్ చేయబడుతుంది. ఉదాహరణకు, రిజిస్టర్‌లోని ప్రతి క్విట్‌లో హడమార్డ్ పరివర్తన జరుగుతుందని అనుకుందాం:

ఫలితంగా, సిస్టమ్ సూపర్‌పొజిషన్‌లోకి వెళ్లిపోయింది 2 pవ్యాప్తితో ఆధార రాష్ట్రాలు 2 - n /2 . ప్రతి ప్రాథమిక స్థితి నుండి బైనరీ సంఖ్య . చిత్రంలో క్షితిజ సమాంతర రేఖలు సమయ అక్షాలను సూచిస్తాయి.

అల్గోరిథం యొక్క అమలు యూనిటరీ సూపర్‌పొజిషన్ ట్రాన్స్‌ఫర్మేషన్ ద్వారా సాధించబడుతుంది. డైమెన్షన్ యొక్క యూనిటరీ మాతృక 2 p.బయటి నుండి క్విట్‌లపై పల్సెడ్ ప్రభావాల ద్వారా భౌతికంగా అమలు చేయబడినప్పుడు, మాతృక తప్పనిసరిగా డైమెన్షన్ 2 యొక్క మాత్రికల యొక్క వెక్టర్ ఉత్పత్తిగా సూచించబడాలి మరియు . సింగిల్ క్విట్‌లు లేదా జతల క్విట్‌లను వరుసగా ప్రభావితం చేయడం ద్వారా రెండోది చేయవచ్చు. :

ఈ విస్తరణలోని కారకాల సంఖ్య గణనల వ్యవధిని (మరియు సంక్లిష్టత) నిర్ణయిస్తుంది. (3)లోని ప్రతిదీ NOT, CNOT, H (లేదా వాటి వైవిధ్యాలు) కార్యకలాపాలను ఉపయోగించి నిర్వహించబడుతుంది.

లీనియర్ యూనిటరీ ఆపరేటర్ సూపర్‌పొజిషన్ యొక్క అన్ని నిబంధనలపై ఏకకాలంలో పనిచేయడం విశేషం.

గణన యొక్క ఫలితాలు విడి రిజిస్టర్‌లో వ్రాయబడ్డాయి, ఇది ఉపయోగం ముందు రాష్ట్రంలో ఉంది. గణన ప్రక్రియ యొక్క ఒక పరుగులో మేము ఆర్గ్యుమెంట్ యొక్క అన్ని విలువలకు కావలసిన ఫంక్షన్ f యొక్క విలువలను పొందుతాము X = 0,..., 2 p - 1 . ఈ దృగ్విషయాన్ని క్వాంటం సమాంతరత అంటారు.

గణనల ఫలితాన్ని కొలవడం అనేది (4)లోని సూపర్‌పొజిషన్ వెక్టర్‌ను ప్రాథమిక స్థితులలో ఒకదాని వెక్టర్‌పై ప్రొజెక్ట్ చేయడానికి తగ్గించబడుతుంది. :

(5)

ఇక్కడ క్వాంటం కంప్యూటర్ యొక్క బలహీనమైన పాయింట్లలో ఒకటి కనిపిస్తుంది: అవకాశం యొక్క చట్టం ప్రకారం కొలత ప్రక్రియలో సంఖ్య "పడిపోతుంది". ఇచ్చిన దాని కోసం కనుగొనడానికి , ప్రమాదవశాత్తూ బయటకు వచ్చే వరకు అనేక సార్లు లెక్కలు మరియు కొలతలు నిర్వహించడం అవసరం .

గణన ప్రక్రియను నిర్వహిస్తున్న క్వాంటం వ్యవస్థ యొక్క ఏకీకృత పరిణామాన్ని విశ్లేషించేటప్పుడు, జోక్యం వంటి భౌతిక ప్రక్రియల యొక్క ప్రాముఖ్యత వెల్లడి అవుతుంది. సంక్లిష్ట సంఖ్యల ప్రదేశంలో ఏకీకృత పరివర్తనలు జరుగుతాయి మరియు ఈ సంఖ్యల దశల జోడింపు జోక్యం యొక్క స్వభావాన్ని కలిగి ఉంటుంది. జోక్యం మరియు స్పెక్ట్రోస్కోపీ యొక్క దృగ్విషయాలలో ఫోరియర్ రూపాంతరాల ఉత్పాదకత అంటారు. క్వాంటం అల్గోరిథంలు స్థిరంగా ఫోరియర్ పరివర్తనలను కలిగి ఉన్నాయని తేలింది. హడమార్డ్ పరివర్తన అనేది సరళమైన వివిక్త ఫోరియర్ రూపాంతరం. ఫోటాన్ జోక్యం మరియు దాని ధ్రువణ వెక్టర్ యొక్క భ్రమణ దృగ్విషయాన్ని ఉపయోగించి NOT మరియు CNOT రకాల గేట్‌లను నేరుగా Mach-Zehnder ఇంటర్‌ఫెరోమీటర్‌పై అమలు చేయవచ్చు.

క్వాంటం కంప్యూటర్‌లను భౌతికంగా అమలు చేయడానికి వివిధ మార్గాలు అన్వేషించబడుతున్నాయి. క్వాంటం కంప్యూటింగ్‌పై మోడల్ ప్రయోగాలు పల్సెడ్ న్యూక్లియర్ మాగ్నెటిక్ రెసొనెన్స్ స్పెక్ట్రోమీటర్‌లో జరిగాయి. ఈ నమూనాలలో, రెండు లేదా మూడు స్పిన్‌లు (క్విట్‌లు) పనిచేశాయి, ఉదాహరణకు, 13 సి న్యూక్లియై యొక్క రెండు స్పిన్‌లు మరియు ట్రైక్లోరెథైలీన్ అణువులో ప్రోటాన్ యొక్క ఒక స్పిన్

అయితే, ఈ ప్రయోగాలలో క్వాంటం కంప్యూటర్ "సమిష్టి": కంప్యూటర్ యొక్క అవుట్‌పుట్ సిగ్నల్స్ ద్రవ ద్రావణంలో పెద్ద సంఖ్యలో అణువులతో కూడి ఉంటాయి. (~ 10 20).

ఈ రోజు వరకు, శూన్యంలోని ఉచ్చులలోని అయాన్లు మరియు అణువులపై, ద్రవాలలో అణు స్పిన్‌లపై (పైన చూడండి), స్ఫటికాకార సిలికాన్‌లోని 31 P అణువుల అణు స్పిన్‌లపై, క్వాంటంలోని ఎలక్ట్రాన్ల స్పిన్‌లపై క్వాంటం కంప్యూటర్‌లను అమలు చేయడానికి ప్రతిపాదనలు చేయబడ్డాయి. జోసెఫ్సన్ జంక్షన్‌ల వద్ద GaAs హెటెరోస్ట్రక్చర్‌లలో టూ-డైమెన్షనల్ ఎలక్ట్రానిక్ గ్యాస్‌లో చుక్కలు సృష్టించబడ్డాయి. మనం చూస్తున్నట్లుగా, సూత్రప్రాయంగా, క్వాంటం కంప్యూటర్‌ను వాక్యూమ్, లిక్విడ్ లేదా స్ఫటికాలలోని పరమాణు కణాలపై నిర్మించవచ్చు. ప్రతి సందర్భంలో, కొన్ని అడ్డంకులను అధిగమించాలి, కానీ వాటిలో చాలా సాధారణమైనవి ఉన్నాయి, ఇవి క్వాంటం కంప్యూటర్‌లో క్విట్‌ల ఆపరేషన్ సూత్రాల ద్వారా నిర్ణయించబడతాయి. 10 3 క్విట్‌లను కలిగి ఉన్న పూర్తి స్థాయి క్వాంటం కంప్యూటర్‌ను రూపొందించే పనిని సెట్ చేద్దాం (అయితే n = 100 క్వాంటం కంప్యూటర్ ఉపయోగకరమైన సాధనం కావచ్చు).

1. కంప్యూటర్ యొక్క క్విట్‌లను రాష్ట్రంలోకి "ప్రారంభించడానికి" మేము మార్గాలను కనుగొనాలి. స్ఫటికాలలో స్పిన్ సిస్టమ్‌ల కోసం, అల్ట్రా-తక్కువ ఉష్ణోగ్రతలు మరియు అల్ట్రా-స్ట్రాంగ్ అయస్కాంత క్షేత్రాల ఉపయోగం స్పష్టంగా ఉంటుంది. శీతలీకరణ మరియు అధిక అయస్కాంత క్షేత్రాలు ఏకకాలంలో వర్తించబడినప్పుడు పంపింగ్ ద్వారా స్పిన్ ధ్రువణాన్ని ఉపయోగించడం ఉపయోగకరంగా ఉంటుంది.

వాక్యూమ్ ట్రాప్‌లలోని అయాన్ల కోసం, లేజర్ పద్ధతుల ద్వారా అయాన్ల (అణువులు) అల్ట్రా-తక్కువ శీతలీకరణ సాధించబడుతుంది. చల్లని మరియు అల్ట్రా-హై వాక్యూమ్ అవసరం కూడా స్పష్టంగా ఉంది.

2. ఏదైనా ఎంచుకున్న క్విట్‌పై పప్పుల ఎంపిక ప్రభావం కోసం సాంకేతికతను కలిగి ఉండటం అవసరం. రేడియో ఫ్రీక్వెన్సీలు మరియు స్పిన్ రెసొనెన్స్ రంగంలో, ప్రతి స్పిన్ తప్పనిసరిగా దాని స్వంత ప్రతిధ్వని ఫ్రీక్వెన్సీని కలిగి ఉండాలి (స్పెక్ట్రోస్కోపిక్ రిజల్యూషన్ పరంగా). అణువులలో స్పిన్‌ల కోసం ప్రతిధ్వని పౌనఃపున్యాలలో తేడాలు ఒక ఐసోటోప్ మరియు ఒక మూలకం యొక్క స్పిన్‌ల కోసం రసాయన మార్పుల కారణంగా ఉంటాయి; వివిధ మూలకాల యొక్క కేంద్రకాల స్పిన్‌లకు అవసరమైన ఫ్రీక్వెన్సీ తేడాలు ఉన్నాయి. అయినప్పటికీ, ప్రతిధ్వని పౌనఃపున్యాలలో సహజంగా సంభవించే ఈ వ్యత్యాసాలు పని చేయడానికి సరిపోవు అని ఇంగితజ్ఞానం నిర్దేశిస్తుంది 10 3 తిరుగుతుంది

ప్రతి క్విట్ యొక్క ప్రతిధ్వని పౌనఃపున్యాన్ని బాహ్యంగా నియంత్రించగలిగే విధానాలు మరింత ఆశాజనకంగా ఉన్నాయి. సిలికాన్ క్వాంటం కంప్యూటర్ ప్రతిపాదనలో, క్విట్ అనేది ఒక అశుద్ధ అణువు 31 R యొక్క అణు స్పిన్. ప్రతిధ్వని ఫ్రీక్వెన్సీ స్థిరాంకం ద్వారా నిర్ణయించబడుతుంది ఎ 31 R పరమాణువు యొక్క అణు మరియు ఎలక్ట్రాన్ స్పిన్‌ల యొక్క హైపర్‌ఫైన్ ఇంటరాక్షన్. ఎ(వరుసగా, న్యూక్లియర్ స్పిన్ యొక్క ప్రతిధ్వని ఫ్రీక్వెన్సీ). అందువలన, ఒక ఎలక్ట్రోడ్ యొక్క ఉనికి ఒక ఎలక్ట్రానిక్ సర్క్యూట్‌లో క్విట్‌ను పొందుపరుస్తుంది మరియు దాని ప్రతిధ్వని ఫ్రీక్వెన్సీని ట్యూన్ చేస్తుంది.

3. CNOT (నియంత్రిత NOT) ఆపరేషన్ చేయడానికి, క్విట్‌లు మరియు ఫారమ్‌ల మధ్య పరస్పర చర్య అవసరం . న్యూక్లియైలు ఒక రసాయన బంధం ద్వారా వేరు చేయబడితే అణువులోని కేంద్రకాల స్పిన్‌ల మధ్య ఇటువంటి పరస్పర చర్య జరుగుతుంది. సూత్రప్రాయంగా, ఏదైనా జత క్విట్‌లపై ఆపరేషన్ చేయగలగడం అవసరం . సహజ వాతావరణంలో "అందరితో అందరితో" సూత్రం ప్రకారం ఒకే పరిమాణంలో ఉన్న క్విట్‌ల భౌతిక పరస్పర చర్యను కలిగి ఉండటం చాలా అరుదు. నియంత్రిత సంభావ్యతతో ఎలక్ట్రోడ్‌లను పరిచయం చేయడం ద్వారా బయటి నుండి క్విట్‌ల మధ్య పర్యావరణాన్ని ట్యూన్ చేయడానికి స్పష్టమైన మార్గం అవసరం. ఈ విధంగా, ఉదాహరణకు, పొరుగున ఉన్న క్వాంటం చుక్కలలోని ఎలక్ట్రాన్ల వేవ్ ఫంక్షన్‌ల అతివ్యాప్తి మరియు ఎలక్ట్రాన్ స్పిన్‌ల మధ్య రూపం యొక్క పరస్పర చర్యను సృష్టించడం సాధ్యమవుతుంది [. పొరుగున ఉన్న 31 P పరమాణువుల ఎలక్ట్రాన్ల వేవ్ ఫంక్షన్‌ల అతివ్యాప్తి అణు స్పిన్‌ల మధ్య రకం యొక్క పరస్పర చర్య యొక్క రూపాన్ని కలిగిస్తుంది.

ఆపరేషన్‌ను అందించడానికి , ఫారమ్ యొక్క పరస్పర చర్య లేని సుదూర క్విట్‌లను అందించడానికి, కంప్యూటర్‌లో గొలుసుతో పాటు రాష్ట్రాల మార్పిడి యొక్క ఆపరేషన్‌ను వర్తింపజేయడం అవసరం, తద్వారా రాష్ట్రం రాష్ట్రంతో సమానంగా ఉన్నందున ఆపరేషన్ నిర్ధారిస్తుంది.

4. ఎంచుకున్న అల్గోరిథంకు అనుగుణంగా ఏకీకృత పరివర్తన అమలు సమయంలో, కంప్యూటర్ యొక్క క్విట్‌లు పర్యావరణం నుండి ప్రభావానికి గురవుతాయి; ఫలితంగా, క్విట్ స్టేట్ వెక్టర్ యొక్క వ్యాప్తి మరియు దశ యాదృచ్ఛిక మార్పులను అనుభవిస్తుంది - డీకోహెరెన్స్. ముఖ్యంగా, డీకోహెరెన్స్ అనేది క్విట్‌లో ఉపయోగించిన కణం యొక్క స్వేచ్ఛా స్థాయిల సడలింపు. డికోహెరెన్స్ సమయం సడలింపు సమయానికి సమానం. ద్రవాలలో అణు అయస్కాంత ప్రతిధ్వనిలో, సడలింపు సమయాలు 1-10 సె. స్థాయిల మధ్య ఆప్టికల్ పరివర్తనాలతో ట్రాప్‌లలోని అయాన్ల కోసం E 0మరియు E 1డీకోహెరెన్స్ సమయం అనేది ఆకస్మిక ఉద్గారాల సమయం మరియు అవశేష అణువులతో ఢీకొనే సమయం. క్వాంటం కంప్యూటింగ్‌కు డీకోహెరెన్స్ తీవ్రమైన అడ్డంకి అని స్పష్టంగా ఉంది: ప్రారంభమైన గణన ప్రక్రియ డీకోహెరెన్స్ సమయం ముగిసిన తర్వాత యాదృచ్ఛికత యొక్క లక్షణాలను పొందుతుంది. అయితే, క్వాంటం కోడింగ్ మరియు ఎర్రర్ కరెక్షన్ పద్ధతులు (ఫేజ్ మరియు యాంప్లిట్యూడ్) క్రమపద్ధతిలో ఉపయోగించినట్లయితే ఏకపక్షంగా ఎక్కువ కాలం m > ma వరకు స్థిరమైన క్వాంటం కంప్యూటింగ్ ప్రక్రియను సాధించడం సాధ్యమవుతుంది. NOT మరియు CNOT (ఎర్రర్ ప్రాబబిలిటీ 10 -5 కంటే ఎక్కువ కాదు), క్వాంటం ఎర్రర్ కరెక్షన్ (QEC) పద్ధతులు క్వాంటం కంప్యూటర్ యొక్క స్థిరమైన ఆపరేషన్‌ను నిర్ధారిస్తాయి వంటి ఎలిమెంటరీ ఆపరేషన్ల లోపం-రహిత అమలు కోసం సాపేక్షంగా తక్కువ అవసరాలతో నిరూపించబడింది.

క్విట్‌ల వ్యవస్థపై ఆవర్తన కొలతలు నిర్వహిస్తే డీకోహెరెన్స్ ప్రక్రియను చురుకుగా అణచివేయడం కూడా సాధ్యమే. కొలత చాలా మటుకు "సరైన" స్థితిలో కణాన్ని కనుగొంటుంది మరియు కొలత సమయంలో రాష్ట్ర వెక్టర్‌లో చిన్న యాదృచ్ఛిక మార్పులు కూలిపోతాయి (క్వాంటం జెనో ప్రభావం). అయినప్పటికీ, అటువంటి సాంకేతికత ఎంత ఉపయోగకరంగా ఉంటుందో చెప్పడం కష్టం, ఎందుకంటే అలాంటి కొలతలు గణన ప్రక్రియను ప్రభావితం చేస్తాయి మరియు అంతరాయం కలిగిస్తాయి.

5. గణన ప్రక్రియ పూర్తయిన తర్వాత క్విట్‌ల స్థితులను గణన ఫలితాన్ని గుర్తించడానికి తప్పనిసరిగా కొలవాలి. నేడు అటువంటి కొలతలకు నైపుణ్యం కలిగిన సాంకేతికత లేదు. అయితే, అటువంటి సాంకేతికత కోసం శోధించే మార్గం స్పష్టంగా ఉంది: క్వాంటం కొలతలో విస్తరణ పద్ధతులను ఉపయోగించడం అవసరం. ఉదాహరణకు, న్యూక్లియర్ స్పిన్ స్థితి ఎలక్ట్రాన్ స్పిన్‌కు బదిలీ చేయబడుతుంది; కక్ష్య తరంగ పనితీరు రెండోదానిపై ఆధారపడి ఉంటుంది; కక్ష్య వేవ్ ఫంక్షన్ తెలుసుకోవడం, ఛార్జ్ బదిలీ (అయనీకరణం) నిర్వహించడం సాధ్యమవుతుంది; ఒకే ఎలక్ట్రాన్‌పై ఛార్జ్ ఉనికి లేదా లేకపోవడాన్ని క్లాసికల్ ఎలక్ట్రోమెట్రిక్ పద్ధతుల ద్వారా గుర్తించవచ్చు. ప్రోబ్ ఫోర్స్ మైక్రోస్కోపీ పద్ధతులు బహుశా ఈ కొలతలలో ప్రధాన పాత్ర పోషిస్తాయి.

ఈ రోజు వరకు, క్లాసికల్ కంప్యూటర్‌లోని గణనలతో పోలిస్తే గణనల ఘాతాంక త్వరణానికి దారితీసే క్వాంటం అల్గారిథమ్‌లు కనుగొనబడ్డాయి. వీటిలో పెద్ద (బహుళ-అంకెల) సంఖ్యల ప్రధాన కారకాలను నిర్ణయించడానికి షోర్ యొక్క అల్గోరిథం ఉంటుంది. ఈ పూర్తిగా గణిత సమస్య సమాజ జీవితానికి దగ్గరి సంబంధం కలిగి ఉంది, ఎందుకంటే ఆధునిక ఎన్‌క్రిప్షన్ కోడ్‌లు అటువంటి కారకాల "నాన్-కంప్యూటబిలిటీ"పై నిర్మించబడ్డాయి. షోర్ యొక్క అల్గోరిథం కనుగొనబడినప్పుడు ఈ పరిస్థితి సంచలనం కలిగించింది. క్వాంటం కంప్యూటర్‌ను ఉపయోగించినట్లయితే క్వాంటం సమస్యల పరిష్కారం (అనేక-కణ వ్యవస్థల కోసం ష్రోడింగర్ సమీకరణాన్ని పరిష్కరించడం) విపరీతంగా వేగవంతం కావడం భౌతిక శాస్త్రవేత్తలకు ముఖ్యమైనది.

చివరగా, క్వాంటం కంప్యూటింగ్ సమస్యలపై పరిశోధన సమయంలో, క్వాంటం ఫిజిక్స్ యొక్క ప్రధాన సమస్యలు కొత్త విశ్లేషణ మరియు ప్రయోగాత్మక ధృవీకరణకు లోబడి ఉండటం చాలా ముఖ్యం: స్థానికత, వాస్తవికత, కాంప్లిమెంటరిటీ, దాచిన పారామితులు, వేవ్ ఫంక్షన్ పతనం.

క్వాంటం కంప్యూటింగ్ మరియు క్వాంటం కమ్యూనికేషన్ యొక్క ఆలోచనలు క్వాంటం ఫిజిక్స్ యొక్క అసలు ఆలోచనలు పుట్టిన వంద సంవత్సరాల తర్వాత ఉద్భవించాయి. క్వాంటం కంప్యూటర్లు మరియు కమ్యూనికేషన్ వ్యవస్థలను నిర్మించే అవకాశం ఇప్పటి వరకు పూర్తి చేసిన సైద్ధాంతిక మరియు ప్రయోగాత్మక అధ్యయనాల ద్వారా ప్రదర్శించబడింది. వివిధ "మూలకాల స్థావరాలు" ఆధారంగా క్వాంటం కంప్యూటర్ల రూపకల్పనకు క్వాంటం భౌతికశాస్త్రం "సరిపోతుంది". క్వాంటం కంప్యూటర్లు, వాటిని నిర్మించగలిగితే, 21వ శతాబ్దపు సాంకేతికత అవుతుంది. వాటి తయారీకి నానోమీటర్ మరియు పరమాణు స్థాయిలో కొత్త టెక్నాలజీల సృష్టి మరియు అభివృద్ధి అవసరం. ఈ పనికి కొన్ని దశాబ్దాలు పట్టవచ్చు. క్వాంటం కంప్యూటర్ల నిర్మాణం ప్రకృతి యొక్క తరగని సూత్రానికి మరొక నిర్ధారణ అవుతుంది: మనిషి సరిగ్గా రూపొందించిన ఏదైనా పనిని నిర్వహించడానికి ప్రకృతికి మార్గాలు ఉన్నాయి.

సాంప్రదాయిక కంప్యూటర్‌లో, సమాచారం బిట్‌ల క్రమం వలె ఎన్‌కోడ్ చేయబడుతుంది మరియు ఈ బిట్‌లు బూలియన్ లాజిక్ గేట్‌ల ద్వారా ఆశించిన ఫలితాన్ని అందించడానికి వరుసగా ప్రాసెస్ చేయబడతాయి. అదేవిధంగా, క్వాంటం కంప్యూటర్ క్వాంటం లాజిక్ గేట్‌లపై ఆపరేషన్ల క్రమాన్ని నిర్వహించడం ద్వారా క్విట్‌లను ప్రాసెస్ చేస్తుంది, వీటిలో ప్రతి ఒక్కటి ఒకే క్విట్ లేదా జత క్విట్‌లపై పనిచేసే ఏకీకృత పరివర్తనను సూచిస్తుంది. ఈ పరివర్తనలను వరుసగా చేయడం ద్వారా, ఒక క్వాంటం కంప్యూటర్ కొన్ని ప్రారంభ స్థితిలో తయారు చేయబడిన మొత్తం క్విట్‌ల సెట్‌పై సంక్లిష్ట ఏకీకృత పరివర్తనను చేయగలదు. దీని తరువాత, మీరు క్విట్‌లపై కొలతలు చేయవచ్చు, ఇది గణనల తుది ఫలితాన్ని ఇస్తుంది. క్వాంటం కంప్యూటర్ మరియు క్లాసికల్ కంప్యూటర్ మధ్య గణనలో ఈ సారూప్యతలు, కనీసం సిద్ధాంతంలో, ఒక క్లాసికల్ కంప్యూటర్ క్వాంటం కంప్యూటర్ యొక్క ఆపరేషన్‌ను ఖచ్చితంగా ప్రతిబింబించగలదని సూచిస్తున్నాయి. మరో మాటలో చెప్పాలంటే, క్వాంటం కంప్యూటర్ చేయగలిగినదంతా క్లాసికల్ కంప్యూటర్ చేయగలదు. అలాంటప్పుడు క్వాంటం కంప్యూటర్‌తో ఈ రచ్చ ఎందుకు? విషయం ఏమిటంటే, సైద్ధాంతికంగా ఒక క్లాసికల్ కంప్యూటర్ క్వాంటం కంప్యూటర్‌ను అనుకరించగలిగినప్పటికీ, ఇది చాలా అసమర్థమైనది, చాలా అసమర్థమైనది, ఆచరణాత్మకంగా క్లాసికల్ కంప్యూటర్ క్వాంటం కంప్యూటర్ చేయగల అనేక సమస్యలను పరిష్కరించలేకపోతుంది. క్లాసికల్ కంప్యూటర్‌లో క్వాంటం కంప్యూటర్‌ను అనుకరించడం అనేది గణనపరంగా కష్టతరమైన సమస్య, ఎందుకంటే క్వాంటం బిట్‌ల మధ్య సహసంబంధాలు క్లాసికల్ బిట్‌ల మధ్య సహసంబంధాల నుండి గుణాత్మకంగా భిన్నంగా ఉంటాయి, మొదట జాన్ బెల్ చూపిన విధంగా. ఉదాహరణకు, మనం కొన్ని వందల క్విట్‌ల వ్యవస్థను మాత్రమే తీసుకోవచ్చు. ఇది పరిమాణంతో హిల్బర్ట్ స్పేస్‌లో ఉంది ~10 90 , క్లాసికల్ కంప్యూటర్‌తో మోడలింగ్ చేస్తున్నప్పుడు, విపరీతంగా పెద్ద మాత్రికలను ఉపయోగించడం అవసరం (మాతృక ద్వారా వివరించబడిన ప్రతి వ్యక్తి స్థితికి గణనలను నిర్వహించడానికి). దీనర్థం, ప్రాచీనమైన క్వాంటం కంప్యూటర్‌తో పోల్చితే క్లాసికల్ కంప్యూటర్ విపరీతంగా ఎక్కువ సమయం తీసుకుంటుంది.

అటువంటి సమస్యలను చాలా వేగంగా పరిష్కరించడానికి క్వాంటం సూపర్‌పొజిషన్ యొక్క సామర్థ్యాన్ని గుర్తించిన వారిలో రిచర్డ్ ఫేన్‌మాన్ మొదటివారు. ఉదాహరణకు, 500 క్విట్‌ల వ్యవస్థ, క్లాసికల్‌గా మోడల్ చేయడం దాదాపు అసాధ్యం, ఇది క్వాంటం సూపర్‌పొజిషన్ 2 500 రాష్ట్రాలు. అటువంటి సూపర్‌పొజిషన్ యొక్క ప్రతి విలువ 500 వన్‌లు మరియు సున్నాల జాబితాకు క్లాసికల్‌గా సమానం. అటువంటి సిస్టమ్‌పై ఏదైనా క్వాంటం ఆపరేషన్, ఉదాహరణకు 100వ మరియు 101వ క్విట్‌లపై నియంత్రిత NOT ఆపరేషన్ చేయగల రేడియో తరంగాల ట్యూన్ చేయబడిన పల్స్, ఏకకాలంలో ప్రభావితం చేస్తుంది. 2 500 రాష్ట్రాలు. కాబట్టి, కంప్యూటర్ గడియారం యొక్క ఒక టిక్‌లో, క్వాంటం ఆపరేషన్ సాంప్రదాయిక కంప్యూటర్‌ల వలె ఒక యంత్ర స్థితిని లెక్కించదు, కానీ 2 500 వెంటనే రాష్ట్రాలు! అయితే, చివరికి క్విట్‌ల వ్యవస్థపై ఒక కొలత చేయబడుతుంది మరియు క్వాంటం మెకానిక్స్ యొక్క కొలత సూత్రం ద్వారా నిర్దేశించబడినట్లుగా, సమస్యకు ఒకే పరిష్కారానికి అనుగుణంగా ఒకే క్వాంటం స్థితికి వ్యవస్థ కూలిపోతుంది, 500 ఒకటి మరియు సున్నాల యొక్క ఒకే సెట్. ఇది నిజంగా ఉత్తేజకరమైన ఫలితం, ఎందుకంటే ఈ పరిష్కారం, సూపర్‌పొజిషన్‌లో దాని మూలాలతో కూడిన క్వాంటం సమాంతర కంప్యూటింగ్ యొక్క సామూహిక ప్రక్రియ ద్వారా కనుగొనబడింది, ~తో క్లాసికల్ సూపర్‌కంప్యూటర్‌లో అదే ఆపరేషన్ చేయడంతో సమానం. 10 150 ప్రత్యేక ప్రాసెసర్‌లు (ఇది అసాధ్యం)!! ఈ రంగంలో మొదటి పరిశోధకులు, వాస్తవానికి, అటువంటి భారీ అవకాశాల ద్వారా ప్రేరణ పొందారు మరియు అటువంటి కంప్యూటింగ్ శక్తి కోసం తగిన సమస్యల కోసం వేట త్వరలో ప్రారంభమైంది. న్యూజెర్సీలోని AT&T యొక్క బెల్ లాబొరేటరీస్‌లో పరిశోధకుడు మరియు కంప్యూటర్ శాస్త్రవేత్త అయిన పీటర్ షోర్, క్వాంటం కంప్యూటర్‌లో మరియు క్వాంటం అల్గారిథమ్‌ను ఉపయోగించి పరిష్కరించగల ఒక సమస్యను ప్రతిపాదించారు.షోర్ యొక్క అల్గోరిథం క్వాంటం సూపర్‌పొజిషన్ శక్తిని పెద్ద సంఖ్యలకు (క్రమం ప్రకారం) కారకం చేయడానికి ఉపయోగిస్తుంది. కొన్ని సెకన్లలో ~10,200 బిట్‌లు లేదా అంతకంటే ఎక్కువ) కారకాలుగా. ఈ సమస్య ఎన్‌క్రిప్షన్ కోసం ముఖ్యమైన ప్రాక్టికల్ అప్లికేషన్‌లను కలిగి ఉంది, ఇక్కడ RSA అని పిలువబడే సాధారణ (మరియు ఉత్తమమైన) ఎన్‌క్రిప్షన్ అల్గారిథమ్, పెద్ద మిశ్రమ సంఖ్యలను ప్రధాన కారకాలుగా మార్చడంలో ఉన్న కష్టంపై ఆధారపడి ఉంటుంది. ., ఈ సమస్యను సులభంగా పరిష్కరిస్తుంది, RSAని ఉపయోగిస్తున్న అనేక ప్రభుత్వ సంస్థలకు ఇది చాలా ఆసక్తిని కలిగిస్తుంది, ఇది ఇప్పటి వరకు "అన్‌హ్యాక్ చేయలేనిది"గా పరిగణించబడుతుంది మరియు వారి డేటా భద్రతపై ఆసక్తి ఉన్న ఎవరికైనా.

ఎన్క్రిప్షన్, అయితే, క్వాంటం కంప్యూటర్ యొక్క ఒక సాధ్యం అప్లికేషన్ మాత్రమే. షోర్ ఒక క్వాంటం కంప్యూటర్‌లో ప్రత్యేకంగా నిర్వహించగల మొత్తం గణిత కార్యకలాపాలను అభివృద్ధి చేసింది. ఈ ఆపరేషన్లలో కొన్ని అతని కారకం అల్గారిథమ్‌లో ఉపయోగించబడ్డాయి. ఇంకా, క్వాంటం కంప్యూటర్ క్వాంటం ఫిజిక్స్‌కు అనుకరణ పరికరంగా పని చేస్తుందని ఫేన్‌మాన్ వాదించాడు, ఈ రంగంలో అనేక ఆవిష్కరణలకు అవకాశం కల్పిస్తుంది. ప్రస్తుతం, క్వాంటం కంప్యూటర్ యొక్క శక్తి మరియు సామర్థ్యాలు ప్రధానంగా సిద్ధాంతపరమైన ఊహాగానాలకు సంబంధించినవి; మొదటి నిజమైన ఫంక్షనల్ క్వాంటం కంప్యూటర్ యొక్క ఆగమనం నిస్సందేహంగా అనేక కొత్త మరియు ఉత్తేజకరమైన ఆచరణాత్మక అనువర్తనాలను తెస్తుంది.

అధ్యాయం III . గ్రోవర్ యొక్క అల్గోరిథం

శోధన సమస్య క్రింది విధంగా ఉంది: N-మూలకాలతో కూడిన ఒక క్రమం లేని డేటాబేస్ ఉంది, అందులో ఒకటి మాత్రమే ఇచ్చిన షరతులను సంతృప్తిపరుస్తుంది - ఇది కనుగొనవలసిన మూలకం. ఒక మూలకాన్ని తనిఖీ చేయగలిగితే, అది అవసరమైన పరిస్థితులకు అనుగుణంగా ఉందో లేదో నిర్ణయించడం అనేది ఒక-దశ ప్రక్రియ. అయితే, డేటాబేస్ ఒక వస్తువును ఎంచుకోవడంలో సహాయపడే క్రమంలో ఎటువంటి ఆర్డర్ లేదు. ఈ టాస్క్ కోసం అత్యంత సమర్థవంతమైన క్లాసికల్ అల్గోరిథం డేటాబేస్ నుండి అంశాలను ఒక్కొక్కటిగా తనిఖీ చేయడం. మూలకం అవసరమైన షరతులను సంతృప్తిపరిచినట్లయితే, శోధన ముగిసింది; కాకపోతే, మూలకం మళ్లీ తనిఖీ చేయబడకుండా పక్కన పెట్టబడుతుంది. సహజంగానే, ఈ అల్గారిథమ్‌కు కావలసినది కనుగొనబడటానికి ముందు మూలకాల యొక్క సగటు తనిఖీ అవసరం.

ఈ అల్గారిథమ్‌ని అమలు చేస్తున్నప్పుడు, మీరు క్లాసికల్ సందర్భంలో ఉన్న అదే పరికరాలను ఉపయోగించవచ్చు, కానీ రూపంలో ఇన్‌పుట్ మరియు అవుట్‌పుట్‌ను పేర్కొనవచ్చు సూపర్ పొజిషన్లురాష్ట్రాలు, మీరు ఒక వస్తువును కనుగొనవచ్చు ఓ () క్వాంటం మెకానికల్ దశలుబదులుగా గురించి( ఎన్ )) క్లాసిక్ దశలు. ప్రతి క్వాంటం మెకానికల్ దశ ప్రాథమిక ఏకీకృత ఆపరేషన్‌ను కలిగి ఉంటుంది, దానిని మేము క్రింద పరిశీలిస్తాము.

ఈ అల్గోరిథం అమలు చేయడానికి, మాకు ఈ క్రింది మూడు ప్రాథమిక కార్యకలాపాలు అవసరం. మొదటిది, సిస్టమ్ దాని N ప్రాథమిక స్థితులలో దేనిలోనైనా సమాన సంభావ్యతతో ఉండే స్థితిని సిద్ధం చేయడం; రెండవది హడమార్డ్ పరివర్తన మరియు మూడవది రాష్ట్రాల ఎంపిక దశ భ్రమణం.

తెలిసినట్లుగా, క్వాంటం కంప్యూటింగ్ యొక్క ప్రధాన ఆపరేషన్ ఆపరేషన్ ఎం, ప్రతి బిట్‌కు నటన, ఇది క్రింది మాతృక ద్వారా సూచించబడుతుంది:

అంటే, స్థితి 0లో ఉన్న బిట్ రెండు రాష్ట్రాల సూపర్‌పొజిషన్‌గా మారుతుంది: (1/, 1/). అదేవిధంగా, స్థితి 1లోని బిట్ (1/, -1/,)గా రూపాంతరం చెందుతుంది, అనగా, ప్రతి స్థితికి వ్యాప్తి విలువ 1/, కానీ స్థితి 1లోని దశ రివర్స్ చేయబడింది. క్లాసికల్ ప్రాబబిలిస్టిక్ అల్గారిథమ్‌లలో దశకు అనలాగ్ లేదు. ఇది క్వాంటం మెకానిక్స్‌లో ఉత్పన్నమవుతుంది, ఇక్కడ సంభావ్యత వ్యాప్తి సంక్లిష్టంగా ఉంటుంది. రాష్ట్రం వివరించబడిన వ్యవస్థలో పిబిట్స్ (అనగా ఉంది N = 2 pసాధ్యమయ్యే రాష్ట్రాలు), మేము పరివర్తనను నిర్వహించగలము ఎంప్రతి బిట్‌పై స్వతంత్రంగా, వ్యవస్థ యొక్క స్థితిని వరుసగా మారుస్తుంది. ప్రారంభ కాన్ఫిగరేషన్‌తో కాన్ఫిగరేషన్ అయిన సందర్భంలో పిమొదటి స్థితిలో ఉన్న బిట్‌లు, ఫలిత కాన్ఫిగరేషన్ ప్రతి రాష్ట్రానికి సమానమైన వ్యాప్తిని కలిగి ఉంటుంది. అన్ని రాష్ట్రాలకు ఒకే వ్యాప్తితో సూపర్‌పొజిషన్‌ని సృష్టించడానికి ఇది మార్గం.

మనకు అవసరమైన మూడవ పరివర్తన, నిర్దిష్ట రాష్ట్రాలలో వ్యాప్తి యొక్క దశను ఎంపిక చేసి తిప్పడం. రెండు-రాష్ట్ర వ్యవస్థ కోసం ఇక్కడ అందించబడిన పరివర్తన ఈ రూపంలో ఉంటుంది:

ఎక్కడ జె = మరియు - ఏకపక్ష వాస్తవ సంఖ్యలు. హడమార్డ్ పరివర్తన మరియు ఇతర స్థితి పరివర్తన మాత్రికల వలె కాకుండా, ప్రతి రాష్ట్రం యొక్క సంభావ్యత ఒకే విధంగా ఉంటుంది, ఎందుకంటే ప్రతి రాష్ట్రంలో వ్యాప్తి యొక్క సంపూర్ణ పరిమాణం యొక్క వర్గము అలాగే ఉంటుంది.

సమస్యను వియుక్త రూపంలో పరిశీలిద్దాం.

వ్యవస్థ ఉండనివ్వండి N = 2 pరాష్ట్రాలు, వీటిని ,..., గా సూచిస్తారు. ఇవి 2 pరాష్ట్రాలు n-bit స్ట్రింగ్‌లుగా సూచించబడతాయి. C() = 1 షరతును సంతృప్తిపరిచే ఒకే రాష్ట్రం ఉండనివ్వండి, అయితే అన్ని ఇతర రాష్ట్రాలకు S, తో( ,) = 0 (ఏదైనా రాష్ట్రం S కోసం యూనిట్ సమయానికి షరతు అంచనా వేయబడిందని భావించబడుతుంది). రాష్ట్రాన్ని గుర్తించడమే పని

అల్గారిథమ్‌కు వెళ్దాం

దశలు (1) మరియు (2) ముందుగా వివరించిన ప్రాథమిక ఏకీకృత కార్యకలాపాల క్రమం. దశ (3) అనేది బాహ్య వ్యవస్థ ద్వారా నిర్వహించబడే చివరి కొలత.

(1) మేము సిస్టమ్‌ను సూపర్‌పొజిషన్ స్థితికి తీసుకువస్తాము:

ప్రతి N స్థితులకు ఒకే విధమైన వ్యాప్తితో. ఈ సూపర్‌పోజిషన్‌ను దశల్లో పొందవచ్చు.

(2) కింది ఏకీకృత చర్యను పునరావృతం చేద్దాం గురించి( ) ఒకసారి:

a. సిస్టమ్‌ని కొన్ని రాష్ట్ర S లో ఉండనివ్వండి:

ఎప్పుడు తో( ఎస్ ) = 1, రేడియన్ ద్వారా దశను తిప్పండి;

ఎప్పుడు С(S) = 0, సిస్టమ్‌ను మార్చకుండా వదిలివేయండి.

బి . వ్యాప్తి పరివర్తనను వర్తించండి డిఇది మాతృక ద్వారా నిర్ణయించబడుతుంది డిక్రింది విధంగా: అయితే ;" మరియు . డిఏకీకృత పరివర్తనల వరుస అమలుగా అమలు చేయవచ్చు: , ఎక్కడ W– హడమర్డ్ ట్రాన్స్‌ఫర్మేషన్ మ్యాట్రిక్స్, R – ఫేజ్ రొటేషన్ మ్యాట్రిక్స్.

(3) ఫలిత స్థితిని కొలవండి. ఈ రాష్ట్రం రాష్ట్రం అవుతుంది తో( )„ (అనగా, కనీసం 0.5 కంటే తక్కువ కాకుండా సంభావ్యతతో షరతు (C() = 1)ను సంతృప్తిపరిచే కావలసిన స్థితి. దశ (2a) ఒక దశ భ్రమణం అని గమనించండి. దాని అమలు తప్పనిసరిగా గుర్తింపు ప్రక్రియ స్థితిని కలిగి ఉండాలి మరియు ఆపై నిర్ణయించడం దశ భ్రమణాన్ని నిర్వహించాలా వద్దా అనేది వ్యవస్థ యొక్క స్థితిపై ఒక జాడను వదలకుండా ఉండే విధంగా నిర్వహించాలి, తద్వారా అదే చివరి స్థితికి దారితీసే మార్గాలు వేరు చేయలేనివి మరియు ఉండవచ్చు ఈ విధానాన్ని గమనించండి కాదుక్లాసికల్ కొలతలను కలిగి ఉంటుంది.

ఈ క్వాంటం శోధన అల్గోరిథం అనేక ఇతర తెలిసిన క్వాంటం మెకానికల్ అల్గారిథమ్‌లతో పోలిస్తే అమలు చేయడం చాలా సులభం, ఎందుకంటే అవసరమైన కార్యకలాపాలు వాల్ష్-హడమార్డ్ పరివర్తన మరియు షరతులతో కూడిన దశ షిఫ్ట్ ఆపరేషన్ మాత్రమే, వీటిలో ప్రతి ఒక్కటి ఉపయోగించే ఆపరేషన్‌లతో పోలిస్తే చాలా సులభం. ఇతర క్వాంటం మెకానికల్ అల్గోరిథంలు.

ముగింపు

ప్రస్తుతం, క్వాంటం కంప్యూటర్లు మరియు క్వాంటం ఇన్ఫర్మేషన్ టెక్నాలజీలు అగ్రగామి అభివృద్ధి స్థితిలో ఉన్నాయి. ప్రస్తుతం ఈ సాంకేతికతలు ఎదుర్కొంటున్న ఇబ్బందులను పరిష్కరించడం ద్వారా క్వాంటం కంప్యూటర్‌లు భౌతికంగా సాధ్యమయ్యే వేగవంతమైన కంప్యూటింగ్ యంత్రాలుగా వాటి సరైన స్థానానికి చేరుకుంటాయని నిర్ధారిస్తుంది. ఇప్పటికి, లోపం దిద్దుబాటు గణనీయంగా అభివృద్ధి చెందింది, డీకోహెరెన్స్ ప్రభావాలను తట్టుకునేంత దృఢంగా ఉండే కంప్యూటర్‌లను మనం నిర్మించగల స్థితికి చేరువైంది. మరోవైపు, క్వాంటం పరికరాల సృష్టి ఇప్పటికీ అభివృద్ధి చెందుతున్న పరిశ్రమ మాత్రమే; కానీ ఇప్పటి వరకు చేసిన పని, షోర్ యొక్క అల్గారిథమ్ వంటి తీవ్రమైన అల్గారిథమ్‌లను అమలు చేయడానికి సరిపోయేంత పెద్ద యంత్రాలను తయారు చేయడానికి ముందు ఇది కేవలం సమయం మాత్రమే అని మాకు ఒప్పించింది. అందువలన, క్వాంటం కంప్యూటర్లు ఖచ్చితంగా కనిపిస్తాయి. కనీసం, ఇవి అత్యంత అధునాతన కంప్యూటింగ్ పరికరాలుగా ఉంటాయి మరియు ఈ రోజు మన వద్ద ఉన్న కంప్యూటర్లు వాడుకలో లేవు. క్వాంటం కంప్యూటింగ్ దాని మూలాలను సైద్ధాంతిక భౌతిక శాస్త్రం యొక్క నిర్దిష్ట ప్రాంతాలలో కలిగి ఉంది, అయితే దాని భవిష్యత్తు నిస్సందేహంగా మొత్తం మానవాళి జీవితాలపై భారీ ప్రభావాన్ని చూపుతుంది.

గ్రంథ పట్టిక

1. క్వాంటం కంప్యూటింగ్: లాభాలు మరియు నష్టాలు. Ed. V.A. సడోవ్నిచిగో. – Izhevsk: ఉడ్ముర్ట్ యూనివర్సిటీ పబ్లిషింగ్ హౌస్, 1999. – 212 p.

2. బెలోనుచ్కిన్ V.E., జైకిన్ D.A., Tsypenyuk Yu.M., ఫండమెంటల్స్ ఆఫ్ ఫిజిక్స్. జనరల్ ఫిజిక్స్ కోర్సు: పాఠ్య పుస్తకం. 2 సంపుటాలలో T. 2. క్వాంటం మరియు స్టాటిస్టికల్ ఫిజిక్స్. – M.: FIZMATLIT, 2001. – 504 p.

3. వలీవ్ K.A. “క్వాంటం కంప్యూటర్‌లు: వాటిని “పెద్దవి”గా తయారు చేయవచ్చా?”, అడ్వాన్సెస్ ఇన్ ఫిజికల్ సైన్సెస్, వాల్యూమ్. 169, నం. 6, 1999.

4. వలీవ్ K.A. "క్వాంటం ఇన్ఫర్మేషన్ సైన్స్: కంప్యూటర్స్, కమ్యూనికేషన్స్ అండ్ క్రిప్టోగ్రఫీ", బులెటిన్ ఆఫ్ ది రష్యన్ అకాడమీ ఆఫ్ సైన్సెస్, వాల్యూమ్ 70, నం. 8, పేజి. 688-695, 2000

5. మస్లోవ్. D. “క్వాంటం కంప్యూటింగ్ మరియు కమ్యూనికేషన్: రియాలిటీ అండ్ ప్రాస్పెక్ట్స్”, Computerra, No. 46, 2004.

6. ఖల్ఫిన్ L.A. “క్వాంటం జెనో ఎఫెక్ట్”, అడ్వాన్సెస్ ఇన్ ఫిజికల్ సైన్సెస్, v. 160, నం. 10, 1990.

7. ఖోలెవో ఎ. “క్వాంటం ఇన్ఫర్మేషన్ సైన్స్: గతం, వర్తమానం, భవిష్యత్తు,”

ఇన్ ది వరల్డ్ ఆఫ్ సైన్స్, నం. 7, 2008.

8. సెంటర్ ఫర్ క్వాంటం టెక్నాలజీస్, నేషనల్ యూనివర్శిటీ ఆఫ్ సింగపూర్ www.quantumlah.org

ఫిజికల్ అండ్ మ్యాథమెటికల్ సైన్సెస్ అభ్యర్థి L. ఫెడిచ్కిన్ (రష్యన్ అకాడమీ ఆఫ్ సైన్సెస్ యొక్క ఫిజికల్ అండ్ టెక్నలాజికల్ ఇన్స్టిట్యూట్.

క్వాంటం మెకానిక్స్ యొక్క చట్టాలను ఉపయోగించి, అత్యంత శక్తివంతమైన ఆధునిక సూపర్ కంప్యూటర్‌లకు కూడా అందుబాటులో లేని కొన్ని సమస్యలను పరిష్కరించడానికి అనుమతించే ప్రాథమికంగా కొత్త రకం కంప్యూటర్‌ను సృష్టించడం సాధ్యమవుతుంది. అనేక సంక్లిష్ట గణనల వేగం తీవ్రంగా పెరుగుతుంది; క్వాంటం కమ్యూనికేషన్ లైన్ల ద్వారా పంపబడిన సందేశాలను అడ్డగించడం లేదా కాపీ చేయడం అసాధ్యం. నేడు, భవిష్యత్తులో ఈ క్వాంటం కంప్యూటర్ల నమూనాలు ఇప్పటికే సృష్టించబడ్డాయి.

హంగేరియన్ మూలానికి చెందిన అమెరికన్ గణిత శాస్త్రజ్ఞుడు మరియు భౌతిక శాస్త్రవేత్త జోహన్ వాన్ న్యూమాన్ (1903-1957).

అమెరికన్ సైద్ధాంతిక భౌతిక శాస్త్రవేత్త రిచర్డ్ ఫిలిప్స్ ఫేన్మాన్ (1918-1988).

అమెరికన్ గణిత శాస్త్రజ్ఞుడు పీటర్ షోర్, క్వాంటం కంప్యూటింగ్ రంగంలో నిపుణుడు. అతను పెద్ద సంఖ్యల ఫాస్ట్ ఫ్యాక్టరైజేషన్ కోసం క్వాంటం అల్గారిథమ్‌ను ప్రతిపాదించాడు.

క్వాంటం బిట్, లేదా క్విట్. రాష్ట్రాలు, ఉదాహరణకు, పరమాణు కేంద్రకం పైకి లేదా క్రిందికి స్పిన్ దిశకు అనుగుణంగా ఉంటాయి.

క్వాంటం రిజిస్టర్ అనేది క్వాంటం బిట్‌ల గొలుసు. ఒకటి లేదా రెండు-క్విట్ క్వాంటం గేట్లు క్విట్‌లపై తార్కిక కార్యకలాపాలను నిర్వహిస్తాయి.

పరిచయం, లేదా సమాచార రక్షణ గురించి కొంచెం

ప్రపంచంలో ఏ ప్రోగ్రామ్ అత్యధిక లైసెన్స్‌లను విక్రయించిందని మీరు అనుకుంటున్నారు? నాకు సరైన సమాధానం తెలుసని పట్టుబట్టి నేను రిస్క్ చేయను, కానీ నాకు ఖచ్చితంగా ఒక తప్పు తెలుసు: ఇది కాదు Microsoft Windows యొక్క ఏదైనా వెర్షన్. అత్యంత సాధారణ ఆపరేటింగ్ సిస్టమ్ RSA డేటా సెక్యూరిటీ, ఇంక్ నుండి నిరాడంబరమైన ఉత్పత్తి కంటే ముందుంది. - RSA పబ్లిక్ కీ ఎన్‌క్రిప్షన్ అల్గారిథమ్‌ను అమలు చేసే ప్రోగ్రామ్, దాని రచయితలు - అమెరికన్ గణిత శాస్త్రజ్ఞులు రివెస్ట్, షామీర్ మరియు అడెల్‌మాన్ పేరు పెట్టారు.

వాస్తవం ఏమిటంటే RSA అల్గోరిథం చాలా వాణిజ్య ఆపరేటింగ్ సిస్టమ్‌లలో నిర్మించబడింది, అలాగే వివిధ పరికరాలలో ఉపయోగించే అనేక ఇతర అనువర్తనాలు - స్మార్ట్ కార్డ్‌ల నుండి సెల్ ఫోన్‌ల వరకు. ప్రత్యేకించి, ఇది మైక్రోసాఫ్ట్ విండోస్‌లో కూడా అందుబాటులో ఉంది, అంటే ఈ ప్రసిద్ధ ఆపరేటింగ్ సిస్టమ్ కంటే ఇది ఖచ్చితంగా విస్తృతంగా ఉంది. RSA యొక్క జాడలను గుర్తించడానికి, ఉదాహరణకు, ఇంటర్నెట్ ఎక్స్‌ప్లోరర్ బ్రౌజర్‌లో (ఇంటర్నెట్‌లో www పేజీలను చూసే ప్రోగ్రామ్), “సహాయం” మెనుని తెరిచి, “ఇంటర్నెట్ ఎక్స్‌ప్లోరర్ గురించి” ఉపమెనుని నమోదు చేసి, ఉపయోగించిన ఉత్పత్తుల జాబితాను వీక్షించండి ఇతర కంపెనీలు. మరొక సాధారణ బ్రౌజర్, నెట్‌స్కేప్ నావిగేటర్ కూడా RSA అల్గారిథమ్‌ను ఉపయోగిస్తుంది. సాధారణంగా, ఈ ప్రోగ్రామ్ కోసం లైసెన్స్ కొనుగోలు చేయని హై టెక్నాలజీ రంగంలో పనిచేస్తున్న ప్రసిద్ధ సంస్థను కనుగొనడం కష్టం. నేడు, RSA డేటా సెక్యూరిటీ, ఇంక్. ఇప్పటికే 450 మిలియన్(!) లైసెన్స్‌లను విక్రయించింది.

RSA అల్గోరిథం ఎందుకు చాలా ముఖ్యమైనది?

మీరు దూరంగా ఉన్న వ్యక్తితో సందేశాన్ని త్వరగా మార్పిడి చేసుకోవాలని ఆలోచించండి. ఇంటర్నెట్ అభివృద్ధికి ధన్యవాదాలు, అటువంటి మార్పిడి నేడు చాలా మందికి అందుబాటులోకి వచ్చింది - మీరు మోడెమ్ లేదా నెట్‌వర్క్ కార్డ్‌తో కంప్యూటర్ కలిగి ఉండాలి. సహజంగానే, నెట్‌వర్క్‌లో సమాచారాన్ని మార్పిడి చేస్తున్నప్పుడు, మీరు మీ సందేశాలను అపరిచితుల నుండి రహస్యంగా ఉంచాలనుకుంటున్నారు. అయితే, వినడం నుండి సుదీర్ఘ కమ్యూనికేషన్ లైన్‌ను పూర్తిగా రక్షించడం అసాధ్యం. దీనర్థం సందేశాలు పంపబడినప్పుడు, అవి తప్పనిసరిగా గుప్తీకరించబడాలి మరియు స్వీకరించబడినప్పుడు, అవి డీక్రిప్ట్ చేయబడాలి. అయితే మీరు ఏ కీని ఉపయోగించాలో మీరు మరియు మీ సంభాషణకర్త ఎలా అంగీకరిస్తారు? మీరు అదే లైన్‌లో సాంకేతికలిపికి కీని పంపితే, దొంగిలించే దాడి చేసే వ్యక్తి దానిని సులభంగా అడ్డగించగలడు. మీరు, వాస్తవానికి, కొన్ని ఇతర కమ్యూనికేషన్ లైన్ ద్వారా కీని ప్రసారం చేయవచ్చు, ఉదాహరణకు, టెలిగ్రామ్ ద్వారా పంపండి. కానీ ఈ పద్ధతి సాధారణంగా అసౌకర్యంగా ఉంటుంది మరియు అంతేకాకుండా, ఎల్లప్పుడూ నమ్మదగినది కాదు: ఇతర లైన్ కూడా నొక్కవచ్చు. మీరు ఎన్‌క్రిప్షన్‌ను మార్పిడి చేసుకుంటారని మీకు మరియు మీ గ్రహీతకి ముందుగానే తెలిసి ఉంటే మంచిది, అందువల్ల ఒకరికొకరు ముందుగానే కీలను అందించారు. అయితే, ఉదాహరణకు, మీరు వ్యాపార భాగస్వామికి రహస్య వాణిజ్య ఆఫర్‌ను పంపాలనుకుంటే లేదా క్రెడిట్ కార్డ్‌ని ఉపయోగించి కొత్త ఆన్‌లైన్ స్టోర్‌లో మీకు నచ్చిన ఉత్పత్తిని కొనుగోలు చేయాలనుకుంటే?

1970లలో, ఈ సమస్యను పరిష్కరించడానికి, ఒకే సందేశానికి రెండు రకాల కీలను ఉపయోగించే ఎన్‌క్రిప్షన్ సిస్టమ్‌లు ప్రతిపాదించబడ్డాయి: పబ్లిక్ (రహస్యంగా ఉంచాల్సిన అవసరం లేదు) మరియు ప్రైవేట్ (ఖచ్చితంగా రహస్యం). సందేశాన్ని గుప్తీకరించడానికి పబ్లిక్ కీ ఉపయోగించబడుతుంది మరియు దానిని డీక్రిప్ట్ చేయడానికి ప్రైవేట్ కీ ఉపయోగించబడుతుంది. మీరు మీ కరస్పాండెంట్‌కి పబ్లిక్ కీని పంపుతారు మరియు అతను తన సందేశాన్ని గుప్తీకరించడానికి దానిని ఉపయోగిస్తాడు. పబ్లిక్ కీని అడ్డగించిన దాడి చేసే వ్యక్తి తన ఇమెయిల్‌ను దానితో గుప్తీకరించి, ఎవరికైనా ఫార్వార్డ్ చేయడమే. కానీ అతను కరస్పాండెన్స్‌ను అర్థం చేసుకోలేడు. మీరు, ప్రైవేట్ కీని తెలుసుకోవడం (ఇది మొదట్లో మీ వద్ద నిల్వ చేయబడుతుంది), మీకు ఉద్దేశించిన సందేశాన్ని సులభంగా చదవవచ్చు. ప్రత్యుత్తర సందేశాలను గుప్తీకరించడానికి, మీరు మీ కరస్పాండెంట్ పంపిన పబ్లిక్ కీని ఉపయోగిస్తారు (మరియు అతను సంబంధిత ప్రైవేట్ కీని తన కోసం ఉంచుకుంటాడు).

ఇది ఖచ్చితంగా RSA అల్గారిథమ్‌లో ఉపయోగించే క్రిప్టోగ్రాఫిక్ స్కీమ్, అత్యంత సాధారణ పబ్లిక్ కీ ఎన్‌క్రిప్షన్ పద్ధతి. అంతేకాకుండా, ఒక జత పబ్లిక్ మరియు ప్రైవేట్ కీలను సృష్టించడానికి, కింది ముఖ్యమైన పరికల్పన ఉపయోగించబడుతుంది. రెండు పెద్దవి ఉంటే (వంద కంటే ఎక్కువ దశాంశ అంకెలు రాయాలి) సాధారణ M మరియు K సంఖ్యలు, అప్పుడు వాటి ఉత్పత్తి N=MKని కనుగొనడం కష్టం కాదు (దీని కోసం మీకు కంప్యూటర్ కూడా అవసరం లేదు: చాలా జాగ్రత్తగా మరియు ఓపికగా ఉన్న వ్యక్తి పెన్ మరియు కాగితంతో అటువంటి సంఖ్యలను గుణించగలరు). కానీ విలోమ సమస్యను పరిష్కరించడానికి, అంటే, పెద్ద సంఖ్య N తెలుసుకోవడం, దానిని M మరియు K (అని పిలవబడేది) ప్రధాన కారకాలుగా విడదీయండి. కారకం సమస్య) - దాదాపు అసాధ్యం! RSA అల్గారిథమ్‌ను "హ్యాక్" చేసి, దానితో గుప్తీకరించిన సమాచారాన్ని చదవాలని నిర్ణయించుకుంటే దాడి చేసే వ్యక్తి ఎదుర్కొనే సమస్య ఇదే: ప్రైవేట్ కీని కనుగొనడానికి, పబ్లిక్ కీని తెలుసుకోవడం, అతను M లేదా K ను లెక్కించవలసి ఉంటుంది. .

పెద్ద సంఖ్యల కారకం యొక్క ఆచరణాత్మక సంక్లిష్టత గురించి పరికల్పన యొక్క ప్రామాణికతను పరీక్షించడానికి, ప్రత్యేక పోటీలు జరిగాయి మరియు ఇప్పటికీ నిర్వహించబడుతున్నాయి. కేవలం 155-అంకెల (512-బిట్) సంఖ్య యొక్క కుళ్ళిపోవడం ఒక రికార్డుగా పరిగణించబడుతుంది. లెక్కలు 1999లో ఏడు నెలల పాటు అనేక కంప్యూటర్లలో సమాంతరంగా జరిగాయి. ఈ పనిని ఒకే ఆధునిక వ్యక్తిగత కంప్యూటర్‌లో నిర్వహించినట్లయితే, దీనికి దాదాపు 35 సంవత్సరాల కంప్యూటర్ సమయం అవసరం! వెయ్యి ఆధునిక వర్క్‌స్టేషన్‌లు మరియు నేటికి తెలిసిన అత్యుత్తమ కంప్యూటింగ్ అల్గారిథమ్‌ని ఉపయోగించి, ఒక 250-అంకెల సంఖ్యను సుమారు 800 వేల సంవత్సరాలలో మరియు 10-25 (!) సంవత్సరాలలో 1000-అంకెల సంఖ్యను కారకం చేయవచ్చని లెక్కలు చూపిస్తున్నాయి. (పోలిక కోసం, విశ్వం యొక్క వయస్సు ~10 10 సంవత్సరాలు.)

అందువల్ల, తగినంత పొడవైన కీలపై పనిచేసే RSA వంటి క్రిప్టోగ్రాఫిక్ అల్గారిథమ్‌లు ఖచ్చితంగా నమ్మదగినవిగా పరిగణించబడ్డాయి మరియు అనేక అనువర్తనాల్లో ఉపయోగించబడ్డాయి. మరియు అప్పటి వరకు అంతా బాగానే ఉంది ...క్వాంటం కంప్యూటర్లు కనిపించే వరకు.

క్వాంటం మెకానిక్స్ యొక్క చట్టాలను ఉపయోగించి, కంప్యూటర్లను నిర్మించడం సాధ్యమవుతుందని, దీని కోసం కారకం (మరియు అనేక ఇతరాలు!) సమస్య కష్టం కాదు. కేవలం 10 వేల క్వాంటం బిట్స్ మెమరీ ఉన్న క్వాంటం కంప్యూటర్ కేవలం కొన్ని గంటల్లోనే 1000-అంకెల సంఖ్యను ప్రధాన కారకాలుగా మార్చగలదని అంచనా వేయబడింది!

ఇదంతా ఎలా మొదలైంది?

1990ల మధ్యకాలం వరకు క్వాంటం కంప్యూటర్లు మరియు క్వాంటం కంప్యూటింగ్ సిద్ధాంతం కొత్త సైన్స్ రంగంగా స్థాపించబడింది. గొప్ప ఆలోచనల విషయంలో తరచుగా జరిగినట్లుగా, మూలకర్తను గుర్తించడం కష్టం. స్పష్టంగా, హంగేరియన్ గణిత శాస్త్రజ్ఞుడు J. వాన్ న్యూమాన్ క్వాంటం లాజిక్‌ను అభివృద్ధి చేసే అవకాశంపై దృష్టిని ఆకర్షించిన మొదటి వ్యక్తి. అయితే, ఆ సమయంలో, క్వాంటం మాత్రమే కాదు, సాధారణ, క్లాసికల్ కంప్యూటర్లు కూడా ఇంకా సృష్టించబడలేదు. మరియు తరువాతి రాకతో, శాస్త్రవేత్తల ప్రధాన ప్రయత్నాలు ప్రధానంగా వాటి కోసం కొత్త మూలకాలను (ట్రాన్సిస్టర్‌లు, ఆపై ఇంటిగ్రేటెడ్ సర్క్యూట్‌లు) కనుగొనడం మరియు అభివృద్ధి చేయడం లక్ష్యంగా పెట్టుకున్నాయి మరియు ప్రాథమికంగా భిన్నమైన కంప్యూటింగ్ పరికరాలను సృష్టించడం కాదు.

1960వ దశకంలో, IBMలో పనిచేసిన అమెరికన్ భౌతిక శాస్త్రవేత్త R. ల్యాండౌర్, గణనలు ఎల్లప్పుడూ కొంత భౌతిక ప్రక్రియ అని శాస్త్రీయ ప్రపంచం దృష్టిని ఆకర్షించడానికి ప్రయత్నించారు, అంటే అది లేకుండా మన కంప్యూటింగ్ సామర్థ్యాల పరిమితులను అర్థం చేసుకోవడం అసాధ్యం. అవి ఏ భౌతిక అమలును సూచిస్తాయి. దురదృష్టవశాత్తు, ఆ సమయంలో, గణన అనేది ఒక రకమైన నైరూప్య తార్కిక ప్రక్రియ, దీనిని భౌతిక శాస్త్రవేత్తలు కాకుండా గణిత శాస్త్రజ్ఞులు అధ్యయనం చేయాలి.

కంప్యూటర్లు విస్తృతంగా వ్యాపించడంతో, క్వాంటం శాస్త్రవేత్తలు మీథేన్ మాలిక్యూల్ (CH 4) వంటి కొన్ని డజన్ల ఇంటరాక్టింగ్ కణాలతో కూడిన అభివృద్ధి చెందుతున్న వ్యవస్థ యొక్క స్థితిని నేరుగా లెక్కించడం ఆచరణాత్మకంగా అసాధ్యం అని నిర్ధారణకు వచ్చారు. సంక్లిష్ట వ్యవస్థను పూర్తిగా వివరించడానికి, క్వాంటం యాంప్లిట్యూడ్స్ అని పిలవబడే వేరియబుల్స్ యొక్క విపరీతమైన పెద్ద (కణాల సంఖ్య పరంగా) కంప్యూటర్ మెమరీలో ఉంచడం అవసరం అనే వాస్తవం ద్వారా ఇది వివరించబడింది. ఒక విరుద్ధమైన పరిస్థితి ఏర్పడింది: పరిణామం యొక్క సమీకరణాన్ని తెలుసుకోవడం, ఒకదానితో ఒకటి కణాల పరస్పర చర్య యొక్క అన్ని సంభావ్యతలను మరియు వ్యవస్థ యొక్క ప్రారంభ స్థితిని తగినంత ఖచ్చితత్వంతో తెలుసుకోవడం, వ్యవస్థలో మాత్రమే ఉన్నప్పటికీ, దాని భవిష్యత్తును లెక్కించడం దాదాపు అసాధ్యం. సంభావ్య బావిలో 30 ఎలక్ట్రాన్లు, మరియు RAMతో ఒక సూపర్ కంప్యూటర్ అందుబాటులో ఉంది, వీటిలో బిట్‌ల సంఖ్య విశ్వం యొక్క కనిపించే ప్రాంతంలోని అణువుల సంఖ్యకు సమానం (!). మరియు అదే సమయంలో, అటువంటి వ్యవస్థ యొక్క డైనమిక్స్ను అధ్యయనం చేయడానికి, మీరు కేవలం 30 ఎలక్ట్రాన్లతో ఒక ప్రయోగాన్ని నిర్వహించవచ్చు, వాటిని ఇచ్చిన సంభావ్య మరియు ప్రారంభ స్థితిలో ఉంచడం. ఇది ప్రత్యేకంగా, రష్యన్ గణిత శాస్త్రజ్ఞుడు యు.ఐ. మానిన్, 1980లో క్వాంటం కంప్యూటింగ్ పరికరాల సిద్ధాంతాన్ని అభివృద్ధి చేయవలసిన అవసరాన్ని ఎత్తి చూపారు. 1980లలో, అదే సమస్యను అమెరికన్ భౌతిక శాస్త్రవేత్త P. బెనెవ్ అధ్యయనం చేశారు, అతను క్వాంటం వ్యవస్థ గణనలను చేయగలదని స్పష్టంగా చూపించాడు, అలాగే ఆంగ్ల శాస్త్రవేత్త D. డ్యూచ్, సిద్ధాంతపరంగా దాని కంటే మెరుగైన విశ్వవ్యాప్త క్వాంటం కంప్యూటర్‌ను అభివృద్ధి చేశాడు. సాంప్రదాయ ప్రతిరూపం.

భౌతిక శాస్త్రంలో నోబెల్ బహుమతి గ్రహీత R. ఫేన్మాన్, సైన్స్ మరియు లైఫ్ యొక్క సాధారణ పాఠకులకు సుపరిచితుడు, క్వాంటం కంప్యూటర్‌లను అభివృద్ధి చేసే సమస్యపై చాలా దృష్టిని ఆకర్షించాడు. అతని అధికారిక కాల్‌కు ధన్యవాదాలు, క్వాంటం కంప్యూటింగ్‌పై శ్రద్ధ చూపిన నిపుణుల సంఖ్య చాలా రెట్లు పెరిగింది.

ఇంకా చాలా కాలం వరకు క్వాంటం కంప్యూటర్ యొక్క ఊహాజనిత కంప్యూటింగ్ శక్తిని ఆచరణాత్మక సమస్యల పరిష్కారాన్ని వేగవంతం చేయడానికి ఉపయోగించవచ్చా అనేది అస్పష్టంగానే ఉంది. కానీ 1994లో, ఒక అమెరికన్ గణిత శాస్త్రజ్ఞుడు మరియు లూసెంట్ టెక్నాలజీస్ (USA) ఉద్యోగి P. షోర్ పెద్ద సంఖ్యలను వేగంగా కారకం చేయడానికి అనుమతించే క్వాంటం అల్గారిథమ్‌ను ప్రతిపాదించడం ద్వారా శాస్త్రీయ ప్రపంచాన్ని ఆశ్చర్యపరిచాడు (ఈ సమస్య యొక్క ప్రాముఖ్యత ఇప్పటికే పరిచయంలో చర్చించబడింది). ఈరోజు తెలిసిన అత్యుత్తమ క్లాసికల్ పద్ధతితో పోలిస్తే, షోర్ యొక్క క్వాంటం అల్గోరిథం గణనల యొక్క బహుళ త్వరణాన్ని అందిస్తుంది మరియు ఎక్కువ కాలం కారకం సంఖ్య, ఎక్కువ వేగం పెరుగుతుంది. ఫాస్ట్ ఫ్యాక్టరైజేషన్ అల్గోరిథం అనేది గుప్తీకరించని సందేశాల బ్యాంకులను సేకరించిన వివిధ గూఢచార సంస్థలకు గొప్ప ఆచరణాత్మక ఆసక్తిని కలిగిస్తుంది.

1996లో, లూసెంట్ టెక్నాలజీస్ L. గ్రోవర్‌లోని షోర్ సహచరుడు క్రమం లేని డేటాబేస్‌లో వేగవంతమైన శోధన కోసం క్వాంటం అల్గారిథమ్‌ను ప్రతిపాదించాడు. (అటువంటి డేటాబేస్ యొక్క ఉదాహరణ టెలిఫోన్ బుక్, దీనిలో చందాదారుల పేర్లు అక్షర క్రమంలో ఏర్పాటు చేయబడవు, కానీ ఏకపక్ష పద్ధతిలో ఉంటాయి.) అనేక ఎంపికలలో సరైన మూలకాన్ని శోధించడం, ఎంచుకోవడం చాలా తరచుగా ఆర్థిక, సైనిక, ఇంజనీరింగ్ సమస్యలు మరియు కంప్యూటర్ గేమ్‌లలో. గ్రోవర్ యొక్క అల్గోరిథం శోధన ప్రక్రియను వేగవంతం చేయడానికి మాత్రమే కాకుండా, వాంఛనీయతను ఎన్నుకునేటప్పుడు పరిగణనలోకి తీసుకున్న పారామితుల సంఖ్యను దాదాపు రెట్టింపు చేయడానికి కూడా అనుమతిస్తుంది.

క్వాంటం కంప్యూటర్‌ల యొక్క నిజమైన సృష్టి కేవలం తీవ్రమైన సమస్య - లోపాలు లేదా జోక్యం వల్ల ఆటంకమైంది. వాస్తవం ఏమిటంటే క్లాసికల్ కంప్యూటింగ్ కంటే అదే స్థాయి జోక్యం క్వాంటం కంప్యూటింగ్ ప్రక్రియను చాలా తీవ్రంగా పాడు చేస్తుంది. P. షోర్ 1995లో ఈ సమస్యను పరిష్కరించడానికి మార్గాలను వివరించాడు, క్వాంటం స్టేట్‌లను ఎన్‌కోడింగ్ చేయడానికి మరియు వాటిలోని లోపాలను సరిదిద్దడానికి ఒక పథకాన్ని అభివృద్ధి చేశాడు. దురదృష్టవశాత్తూ, క్వాంటం కంప్యూటర్‌లలో లోపం దిద్దుబాటు అంశం ఈ కథనంలో కవర్ చేయడానికి సంక్లిష్టంగా ఉన్నంత ముఖ్యమైనది.

క్వాంటం కంప్యూటర్ యొక్క పరికరం

క్వాంటం కంప్యూటర్ ఎలా పనిచేస్తుందో చెప్పడానికి ముందు, క్వాంటం సిస్టమ్స్ యొక్క ప్రధాన లక్షణాలను గుర్తుచేసుకుందాం ("సైన్స్ అండ్ లైఫ్" నం. 8, 1998; నం. 12, 2000 కూడా చూడండి).

క్వాంటం ప్రపంచంలోని చట్టాలను అర్థం చేసుకోవడానికి, రోజువారీ అనుభవంపై నేరుగా ఆధారపడకూడదు. సాధారణ పద్ధతిలో (రోజువారీ అవగాహనలో), క్వాంటం కణాలు మనం నిరంతరం “పీప్” చేస్తేనే ప్రవర్తిస్తాయి లేదా మరింత ఖచ్చితంగా చెప్పాలంటే, అవి ఉన్న స్థితిని నిరంతరం కొలుస్తాయి. కానీ మనం “వెళ్లిపోయిన వెంటనే” (గమనించడం ఆపు), క్వాంటం కణాలు వెంటనే చాలా నిర్దిష్ట స్థితి నుండి ఒకేసారి అనేక రూపాల్లోకి కదులుతాయి. అంటే, ఒక ఎలక్ట్రాన్ (లేదా ఏదైనా ఇతర క్వాంటం వస్తువు) పాక్షికంగా ఒక బిందువు వద్ద, పాక్షికంగా మరొక వద్ద, పాక్షికంగా మూడవ వంతు వగైరా ఉంటుంది. ఇది నారింజ వంటి ముక్కలుగా విభజించబడిందని దీని అర్థం కాదు. అప్పుడు ఎలక్ట్రాన్ యొక్క కొంత భాగాన్ని విశ్వసనీయంగా వేరుచేయడం మరియు దాని ఛార్జ్ లేదా ద్రవ్యరాశిని కొలవడం సాధ్యమవుతుంది. కొలత తర్వాత, ఎలక్ట్రాన్ ఎల్లప్పుడూ ఒకే సమయంలో "సురక్షితమైన మరియు ధ్వని" గా మారుతుందని అనుభవం చూపిస్తుంది, దీనికి ముందు ఇది దాదాపు ప్రతిచోటా ఒకే సమయంలో ఉండగలిగింది. ఎలక్ట్రాన్ యొక్క ఈ స్థితి, అది ఒకేసారి అంతరిక్షంలో అనేక పాయింట్ల వద్ద ఉన్నప్పుడు, అంటారు క్వాంటం స్థితుల సూపర్ పొజిషన్మరియు సాధారణంగా వేవ్ ఫంక్షన్ ద్వారా వర్ణించబడ్డాయి, 1926లో జర్మన్ భౌతిక శాస్త్రవేత్త E. ష్రోడింగర్ ప్రవేశపెట్టారు. ఏ పాయింట్ వద్ద వేవ్ ఫంక్షన్ యొక్క విలువ యొక్క మాడ్యులస్, స్క్వేర్డ్, ఇచ్చిన క్షణంలో ఆ పాయింట్ వద్ద కణాన్ని కనుగొనే సంభావ్యతను నిర్ణయిస్తుంది. కణం యొక్క స్థానాన్ని కొలిచిన తర్వాత, దాని తరంగ పనితీరు కణాన్ని గుర్తించే స్థాయికి కుంచించుకుపోయినట్లు (కుప్పకూలడం) కనిపిస్తుంది, ఆపై మళ్లీ విస్తరించడం ప్రారంభమవుతుంది. క్వాంటం రేణువుల గుణాన్ని ఏకకాలంలో అనేక రాష్ట్రాల్లో ఉండేలా అంటారు క్వాంటం సమాంతరత, క్వాంటం కంప్యూటింగ్‌లో విజయవంతంగా ఉపయోగించబడింది.

క్వాంటం బిట్

క్వాంటం కంప్యూటర్ యొక్క ప్రాథమిక సెల్ ఒక క్వాంటం బిట్, లేదా, సంక్షిప్తంగా, క్విట్(q-bit). ఇది క్వాంటం కణం, ఇది రెండు ప్రాథమిక స్థితులను కలిగి ఉంటుంది, వీటిని 0 మరియు 1గా నియమించారు లేదా క్వాంటం మెకానిక్స్‌లో ఆచారంగా మరియు. క్విట్ యొక్క రెండు విలువలు, ఉదాహరణకు, పరమాణువు యొక్క భూమి మరియు ఉత్తేజిత స్థితులకు అనుగుణంగా ఉంటాయి, పరమాణు కేంద్రకం యొక్క స్పిన్ యొక్క పైకి క్రిందికి దిశలు, సూపర్ కండక్టింగ్ రింగ్‌లోని కరెంట్ యొక్క దిశ, రెండు సాధ్యమైన స్థానాలు సెమీకండక్టర్‌లోని ఎలక్ట్రాన్ మొదలైనవి.

క్వాంటం రిజిస్టర్

క్వాంటం రిజిస్టర్ దాదాపు క్లాసికల్ మాదిరిగానే నిర్మించబడింది. ఇది క్వాంటం బిట్‌ల గొలుసు, దీనిలో ఒకటి మరియు రెండు-బిట్ లాజికల్ ఆపరేషన్‌లు చేయవచ్చు (క్లాసికల్ రిజిస్టర్‌లో NOT, 2I-NOT, మొదలైన ఆపరేషన్‌ల ఉపయోగం వలె).

L క్విట్‌ల ద్వారా ఏర్పడిన క్వాంటం రిజిస్టర్ యొక్క ప్రాథమిక స్థితులు, క్లాసికల్‌లో వలె, సున్నాలు మరియు పొడవు L యొక్క అన్ని సాధ్యమైన శ్రేణులను కలిగి ఉంటాయి. మొత్తం 2 L విభిన్న కలయికలు ఉండవచ్చు. అవి 0 నుండి 2 L -1 వరకు బైనరీ రూపంలో సంఖ్యల రికార్డుగా పరిగణించబడతాయి మరియు సూచించబడతాయి. ఏది ఏమయినప్పటికీ, ఈ ప్రాథమిక స్థితులు క్వాంటం రిజిస్టర్ యొక్క సాధ్యమయ్యే అన్ని విలువలను (క్లాసికల్ కాకుండా) ఖాళీ చేయవు, ఎందుకంటే సాధారణీకరణ స్థితికి సంబంధించిన సంక్లిష్ట వ్యాప్తి ద్వారా నిర్వచించబడిన సూపర్‌పొజిషన్ స్టేట్‌లు కూడా ఉన్నాయి. క్వాంటం రిజిస్టర్ (ప్రాథమిక వాటిని మినహాయించి) అత్యంత సాధ్యమయ్యే విలువలకు క్లాసిక్ అనలాగ్ ఉనికిలో లేదు. క్లాసికల్ రిజిస్టర్ యొక్క స్థితులు క్వాంటం కంప్యూటర్ యొక్క మొత్తం సంపద యొక్క దయనీయమైన నీడ మాత్రమే.

రిజిస్టర్‌కి బాహ్య ప్రభావం వర్తింపజేయబడిందని ఊహించండి, ఉదాహరణకు, విద్యుత్ ప్రేరణలు స్థలంలో కొంత భాగానికి వర్తించబడతాయి లేదా లేజర్ కిరణాలు దర్శకత్వం వహించబడతాయి. ఇది క్లాసికల్ రిజిస్టర్ అయితే, గణన ఆపరేషన్‌గా పరిగణించబడే ప్రేరణ, L వేరియబుల్స్‌ను మారుస్తుంది. ఇది క్వాంటం రిజిస్టర్ అయితే, అదే పల్స్ ఏకకాలంలో వేరియబుల్స్‌గా మార్చబడుతుంది. అందువల్ల, క్వాంటం రిజిస్టర్, సూత్రప్రాయంగా, దాని శాస్త్రీయ ప్రతిరూపం కంటే చాలా రెట్లు వేగంగా సమాచారాన్ని ప్రాసెస్ చేయగలదు. ఇక్కడ నుండి చిన్న క్వాంటం రిజిస్టర్లు (ఎల్<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 большого количества амплитуд и считывания результата), поэтому практически полезный квантовый компьютер должен содержать тысячи кубитов. Но, с другой стороны, понятно, что для достижения действительного ускорения вычислений нет необходимости собирать миллионы квантовых битов. Компьютер с памятью, измеряемой всего лишь в килокубитах, будет в некоторых задачах несоизмеримо быстрее, чем классический суперкомпьютер с терабайтами памяти.

అయినప్పటికీ, క్లాసికల్ వాటితో పోలిస్తే క్వాంటం అల్గోరిథంలు గణనీయమైన త్వరణాన్ని అందించని సమస్యల తరగతి ఉందని గమనించాలి. దీనిని మొదటగా చూపించిన వారిలో ఒకరు రష్యన్ గణిత శాస్త్రజ్ఞుడు యు.ఓజిగోవ్, సూత్రప్రాయంగా, క్వాంటం కంప్యూటర్‌లో ఒకే క్లాక్ సైకిల్ ద్వారా వేగవంతం చేయలేని అల్గారిథమ్‌ల యొక్క అనేక ఉదాహరణలను రూపొందించారు.

అయినప్పటికీ, క్వాంటం మెకానిక్స్ నియమాల ప్రకారం పనిచేసే కంప్యూటర్లు కంప్యూటింగ్ వ్యవస్థల పరిణామంలో కొత్త మరియు నిర్ణయాత్మక దశ అని ఎటువంటి సందేహం లేదు. వాటిని నిర్మించడమే మిగిలి ఉంది.

నేడు క్వాంటం కంప్యూటర్లు

క్వాంటం కంప్యూటర్ల ప్రోటోటైప్‌లు ఇప్పటికే ఉన్నాయి. నిజమే, ఇప్పటివరకు కొన్ని క్వాంటం బిట్‌లతో కూడిన చిన్న రిజిస్టర్‌లను మాత్రమే సమీకరించడం ప్రయోగాత్మకంగా సాధ్యమైంది. ఈ విధంగా, ఇటీవల అమెరికన్ భౌతిక శాస్త్రవేత్త I. చాంగ్ (IBM) నేతృత్వంలోని బృందం 5-బిట్ క్వాంటం కంప్యూటర్‌ను అసెంబ్లీని ప్రకటించింది. నిస్సందేహంగా ఇది గొప్ప విజయం. దురదృష్టవశాత్తూ, ఇప్పటికే ఉన్న క్వాంటం సిస్టమ్‌లు ఇంకా నమ్మదగిన గణనలను అందించలేకపోయాయి, ఎందుకంటే అవి సరిగా నియంత్రించబడవు లేదా శబ్దానికి చాలా అవకాశం ఉంది. అయినప్పటికీ, సమర్థవంతమైన క్వాంటం కంప్యూటర్‌ను నిర్మించడంలో భౌతిక పరిమితులు లేవు; సాంకేతిక ఇబ్బందులను అధిగమించడం మాత్రమే అవసరం.

నమ్మదగిన మరియు సులభంగా నియంత్రించగల క్వాంటం బిట్‌లను ఎలా తయారు చేయాలనే దానిపై అనేక ఆలోచనలు మరియు ప్రతిపాదనలు ఉన్నాయి.

I. కొన్ని సేంద్రీయ అణువుల కేంద్రకాల యొక్క స్పిన్‌లను క్విట్‌లుగా ఉపయోగించాలనే ఆలోచనను చాంగ్ అభివృద్ధి చేశాడు.

రష్యన్ పరిశోధకుడు M.V. ఫీగెల్‌మాన్, ఇన్స్టిట్యూట్ ఆఫ్ థియరిటికల్ ఫిజిక్స్‌లో పనిచేస్తున్నారు. L.D. లాండౌ RAS, సూక్ష్మ సూపర్ కండక్టింగ్ రింగుల నుండి క్వాంటం రిజిస్టర్‌లను సమీకరించాలని ప్రతిపాదించింది. ప్రతి రింగ్ క్విట్ పాత్రను పోషిస్తుంది మరియు 0 మరియు 1 రాష్ట్రాలు రింగ్‌లోని విద్యుత్ ప్రవాహం యొక్క దిశకు అనుగుణంగా ఉంటాయి - సవ్యదిశలో మరియు అపసవ్య దిశలో. ఇటువంటి క్విట్‌లను అయస్కాంత క్షేత్రాన్ని ఉపయోగించి మార్చవచ్చు.

రష్యన్ అకాడమీ ఆఫ్ సైన్సెస్ యొక్క ఇన్స్టిట్యూట్ ఆఫ్ ఫిజిక్స్ అండ్ టెక్నాలజీలో, విద్యావేత్త K. A. వలీవ్ నేతృత్వంలోని బృందం సెమీకండక్టర్ నిర్మాణాలలో క్విట్‌లను ఉంచడానికి రెండు ఎంపికలను ప్రతిపాదించింది. మొదటి సందర్భంలో, సెమీకండక్టర్ యొక్క ఉపరితలంపై మినీ-ఎలక్ట్రోడ్‌లకు వర్తించే వోల్టేజ్ ద్వారా సృష్టించబడిన రెండు సంభావ్య బావుల వ్యవస్థలో క్విట్ పాత్రను ఎలక్ట్రాన్ పోషిస్తుంది. స్టేట్స్ 0 మరియు 1 ఈ బావులలో ఒకదానిలో ఎలక్ట్రాన్ యొక్క స్థానాలు. ఎలక్ట్రోడ్‌లలో ఒకదానిపై వోల్టేజ్‌ని మార్చడం ద్వారా క్విట్ స్విచ్ చేయబడుతుంది. మరొక సంస్కరణలో, క్విట్ అనేది సెమీకండక్టర్ యొక్క నిర్దిష్ట బిందువు వద్ద పొందుపరచబడిన భాస్వరం అణువు యొక్క కేంద్రకం. స్టేట్స్ 0 మరియు 1 - బాహ్య అయస్కాంత క్షేత్రం వెంట లేదా వ్యతిరేకంగా అణు స్పిన్ దిశలు. ప్రతిధ్వని ఫ్రీక్వెన్సీ మరియు వోల్టేజ్ పప్పుల యొక్క అయస్కాంత పప్పుల మిశ్రమ చర్యను ఉపయోగించి నియంత్రణ నిర్వహించబడుతుంది.

అందువలన, పరిశోధన చురుకుగా జరుగుతోంది మరియు చాలా సమీప భవిష్యత్తులో - సుమారు పది సంవత్సరాలలో - సమర్థవంతమైన క్వాంటం కంప్యూటర్ సృష్టించబడుతుందని భావించవచ్చు.

ఎ లుక్ ఇన్ టు ది ఫ్యూచర్

అందువల్ల, భవిష్యత్తులో, క్వాంటం కంప్యూటర్లు మైక్రోఎలక్ట్రానిక్ టెక్నాలజీ యొక్క సాంప్రదాయ పద్ధతులను ఉపయోగించి తయారు చేయబడతాయి మరియు ఆధునిక మైక్రోప్రాసెసర్‌ను గుర్తుకు తెచ్చే అనేక నియంత్రణ ఎలక్ట్రోడ్‌లను కలిగి ఉంటాయి. క్వాంటం కంప్యూటర్ యొక్క సాధారణ ఆపరేషన్‌కు కీలకమైన శబ్దం స్థాయిని తగ్గించడానికి, మొదటి మోడల్‌లను ద్రవ హీలియంతో చల్లబరచాలి. మొదటి క్వాంటం కంప్యూటర్లు డెస్క్‌పై సరిపోని భారీ మరియు ఖరీదైన పరికరాలను కలిగి ఉండే అవకాశం ఉంది మరియు వైట్ కోట్స్‌లో సిస్టమ్స్ ప్రోగ్రామర్లు మరియు హార్డ్‌వేర్ అడ్జస్టర్‌ల యొక్క పెద్ద సిబ్బందిచే నిర్వహించబడుతుంది. మొదట, ప్రభుత్వ ఏజెన్సీలు మాత్రమే వాటిని యాక్సెస్ చేస్తాయి, తరువాత సంపన్న వాణిజ్య సంస్థలు. కానీ సంప్రదాయ కంప్యూటర్ల యుగం కూడా అదే విధంగా ప్రారంభమైంది.

క్లాసిక్ కంప్యూటర్‌లకు ఏమి జరుగుతుంది? వారు చనిపోతారా? కష్టంగా. క్లాసికల్ మరియు క్వాంటం కంప్యూటర్లు రెండూ వాటి స్వంత అప్లికేషన్ రంగాలను కలిగి ఉంటాయి. అయినప్పటికీ, చాలా మటుకు, మార్కెట్ నిష్పత్తి క్రమంగా రెండో వైపుకు మారుతుంది.

క్వాంటం కంప్యూటర్ల పరిచయం ప్రాథమికంగా పరిష్కరించలేని శాస్త్రీయ సమస్యల పరిష్కారానికి దారితీయదు, కానీ కొన్ని గణనలను వేగవంతం చేస్తుంది. అదనంగా, క్వాంటం కమ్యూనికేషన్ సాధ్యమవుతుంది - దూరానికి క్విట్‌ల బదిలీ, ఇది ఒక రకమైన క్వాంటం ఇంటర్నెట్ ఆవిర్భావానికి దారి తీస్తుంది. క్వాంటం కమ్యూనికేషన్ ప్రతి ఒక్కరికి సురక్షితమైన (క్వాంటం మెకానిక్స్ చట్టాల ప్రకారం) ప్రతి ఒక్కరికీ వినడం నుండి ఒకరికొకరు కనెక్షన్‌ని అందించడం సాధ్యం చేస్తుంది. క్వాంటం డేటాబేస్‌లలో నిల్వ చేయబడిన మీ సమాచారం ఇప్పుడు ఉన్నదానికంటే కాపీ చేయకుండా మరింత విశ్వసనీయంగా రక్షించబడుతుంది. క్వాంటం కంప్యూటర్‌ల కోసం ప్రోగ్రామ్‌లను ఉత్పత్తి చేసే సంస్థలు చట్టవిరుద్ధమైన, కాపీయింగ్‌తో సహా ఏవైనా వాటిని రక్షించగలవు.

ఈ అంశంపై లోతైన అవగాహన కోసం, మీరు రష్యన్ జర్నల్ "క్వాంటం కంప్యూటర్స్ అండ్ క్వాంటం కంప్యూటింగ్" (నం. 1, 2000)లో ప్రచురించబడిన "ఫండమెంటల్స్ ఆఫ్ క్వాంటం కంప్యూటింగ్", E. రిఫెల్ మరియు V. పోలాక్ యొక్క సమీక్ష కథనాన్ని చదవవచ్చు. (మార్గం ద్వారా, క్వాంటం కంప్యూటింగ్‌కు అంకితమైన ప్రపంచంలో ఇది మొదటి మరియు ఇప్పటివరకు ఉన్న ఏకైక జర్నల్. దీని గురించి అదనపు సమాచారం ఇంటర్నెట్‌లో http://rcd.ru/qc. వద్ద చూడవచ్చు.). మీరు ఈ పనిలో ప్రావీణ్యం పొందిన తర్వాత, మీరు క్వాంటం కంప్యూటింగ్‌పై శాస్త్రీయ కథనాలను చదవగలరు.

A. Kitaev, A. Shen, M. Vyaly "క్లాసికల్ మరియు క్వాంటం కంప్యూటేషన్స్" (మాస్కో: MTsNMO-CheRo, 1999) పుస్తకాన్ని చదివేటప్పుడు కొంత ఎక్కువ ప్రాథమిక గణిత తయారీ అవసరం.

క్వాంటం మెకానిక్స్ యొక్క అనేక ప్రాథమిక అంశాలు, క్వాంటం గణనలను నిర్వహించడానికి అవసరమైనవి, V. V. బెలోకురోవ్, O. D. టిమోఫీవ్స్కాయా, O. A. క్రుస్టాలేవ్ "క్వాంటం టెలిపోర్టేషన్ - ఒక సాధారణ అద్భుతం" (ఇజెవ్స్క్: RHD, 200) పుస్తకంలో చర్చించబడ్డాయి.

RCD పబ్లిషింగ్ హౌస్ క్వాంటం కంప్యూటర్లపై A. స్టీన్ యొక్క సమీక్ష యొక్క అనువాదాన్ని ప్రత్యేక పుస్తకంగా ప్రచురించడానికి సిద్ధమవుతోంది.

కింది సాహిత్యం విద్యాపరంగా మాత్రమే కాకుండా చారిత్రాత్మకంగా కూడా ఉపయోగపడుతుంది:

1) యు.ఐ. మానిన్. లెక్కించదగినది మరియు లెక్కించలేనిది.

M.: సోవ్. రేడియో, 1980.

2) J. వాన్ న్యూమాన్. క్వాంటం మెకానిక్స్ యొక్క గణిత పునాదులు.

M.: నౌకా, 1964.

3) ఆర్. ఫేన్మాన్. కంప్యూటర్లలో భౌతిక శాస్త్రం యొక్క అనుకరణ // క్వాంటం కంప్యూటర్ మరియు క్వాంటం కంప్యూటింగ్:

శని. 2 సంపుటాలలో - ఇజెవ్స్క్: RHD, 1999. T. 2, p. 96-123.

4) ఆర్. ఫేన్మాన్. క్వాంటం మెకానికల్ కంప్యూటర్లు

// Ibid., p. 123.-156.

అదే అంశంపై సమస్యను చూడండి