Квантови компютри

[Gravity]

Тези клипчета не казват почти нищо.

[Joro-01]

Да, те не казват, но се опитват доколкото на популярен език да покажат същността на нещата. Така, че е добре да ги има, защото още някой може да се ровне тук и бързичко ще изгуби интерес, ако се натъкне само на лекциите. Аз бях обещал нещо, но тук /на работа/ не мога да видя клиповете - забранен ми е флашплейъра.

Но нещо си спомням все пак. Текстовете са ми подсказка. Първият клип за мен доста показва, но за да го оценим трябва да знаем /за да съпоствим/ как работи класическият компютър и по-точно логическите елементи. Нямам много време, а и в тази тема може да се окаже тясно, че става въпрос за схемичка дето се реалира от един или няколко полеви транзистора /съответно заема някой квадратен микрон от площта на процесора - може справка в google/ и извършва елементарнилогически операции. Вкарах се във филм. И транзистор ще обясним, но друг път. Е, тук в квантовия компютър имаме безтранзисторен процесор. Това за мен е доста интересно. Активен елемент тук се явява едно нещо наречено преход на Джоузефсън. Педставлява два свръхпроводника разделени от тънък /под 10 микрона/ изолатор. Когато се пусне достатъчно слаб ток - електроните тунелират. Изтичат през потенциалната бариера /изолатора/ незнайно как. Говоря за постоянен ток. Променливият при определени условия тече през изолатор. А, да - токовите носители тук са двойки електрони наречени Куперови двойки. Тече казахме постоянният ток през изолатора без загуба на енергия. Ако повишм големината на този ток над критичната граница за свръхпроводника - преходът Свръхпроводник-Изолатор-Свръхпроводник става осцилатор - започва да излъчва високочестотни вълни. Енергия се губи - излъчва се като микровълни. Това става защото надкритичният ток посредством собственто си магнитно поле изключва свръхпроводящото състояние. Тунелирането спира, ток не тече, свръхпроводящото състояние се включва. И така се затваря цикълът.

Уф работая няма как. Това в поредица от писаници. Следва да обясня какво е СКВД /SQUID/ и какво е квантов бит тук.

Нищо против, ако бъда изпреварен

Редактирано Май 9, 2012 от Joro-01

[Joro-01]

Аз продължавам. СКВИД /SQUID/ - Свръхпроводящ квантов интирфиринционен детектор. Последната дума в английската абреватура е устройство /device/. Представлява прътеновиден свръх проводник, разделен с два прехода на джоузевсън, разположени по диаметъра. По перпендикулярният диаметър се пуска слаб /под критичния/ ток.

Тече без никво съпротивление през преходите.Това означава, че ако от двете страни на всеки преход се измери нарежение то ще е 0.

Ако до това устройство се появи външно магнитно поле, то ще индуктира кръгови токове в пръстена, без начало и край, но с посока. Двата прехода са оказват подложени на въздействието от двата тока Преходът при който посоките на двата тока /индуцирания и диаметралния/ съвпадат се оказва подложен на надкритичен ток и се превръща в осцилатор. Като резултат от двете му страни може да се измери някакво пулсиращо напрежение. Преходът при който посоките на двата тока са противоположни /двата тока се гасят/ е отворен и напрежението от двете му страни е 0.

Така може да се отчетат много слаби магнитни полета.

Прагът на чувствителноста на СКВИД е 10^-14 Т /Тесла/

Магнитните полета генериране от токовете в сърцето имат индуктивност 10^-10 Т

Магнитните полета генериране от токовете в мозъка имат индуктивност 10^-13 Т

Справка - http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/solids/squid.html

В зависимост от това кой преход осцилира, може да се определи поляритета на магнитното поле.

Редактирано Май 12, 2012 от Joro-01

[Joro-01]

Предполагам става ясно от по-грното, че такъв елемент е много по-бърз и по-икономичен от верига с транзизстор/и. Тоест такъв процесор би могъл да бъде много по-производителен от конвенционален дори и без да ползва кюбити.

Откъм миниатюризация полевият тразистор засега убедително води. По-сериозната причина е, че такива елементи си влиаят ако се разположат по-нагъсто.

Редактирано Май 12, 2012 от Joro-01

[Gravity]

Още едно интересно нещо. Колко информация може да се предаде с един кюбит?

Калсически бит е всяка система, която може да бъде точно в едно от две възможни състояния, независимо каква е физическата реализация. С един бит може да се пренесе един бит информация. Човек А изпраща един бит до човек Б, който поглежда в кое от двете възможни състояния е бита и по този начин получава един бит информация.

Кюбит (qubit от квантов бит) е всяка квантова система, чийто хилбертово пространство е двумерно. Може да се рализира например чрез системи със спин 1/2, пренебрегвайки всичко друго освен спина. Измерването на проекцията на спина по коя да е ос дава един от два възможни резултата. Може да бъде реализиран и по друг начин, чрез поляризирани фотони или разни други начини, което за теорията не е важно. От принципа на супрепозицията следва, че кюбита може да е не само в едно от две възможни състояния, но и в произволна тяхна линейна комбинация. Имаме безкрайно много (континуум) от състояния. Обаче не може един кюбит да се използва за предаването на едно от безкрайното много състояния. Когато човек А изпрати един кюбит на човек Б, и Б направи измерване, той винаги получава един от двата възможни резултата със съответната вероятност. Въпреки това може да се използва за предаването на един бит информация. Когато кюбита е приготвен в едно от базисните състояния (при предварително избран базис) то измерването на кюбита винаги (100% вероятност) дава този резултат. В примера със спина, ако се приготви системата в състояние със спин 'нагоре' или 'надолу' при измерването от Б (по оста зет), той ще получава винаги 'нагоре' съответно 'надолу' в зависимост от това как е бил приготвен. Което показва, че кюбитовете не са по-лоши от битовете, поне теоретично. Практическата реализация е съвсем отделен въпрос.

И сега обещаното интересно. С един кюбит може да се пренася два бита информация! Калсически това е невъзможно. Как става? Тук се използва свойството сплитане. Без подробностите, процедурата е следната. Имаме устройство което приготвя двойка сплетени кюбити в едно конкретно състояние (известно като състояние на Бел или АПР). Те се изпращат до двамата А и Б. Човек А манипулира своя кюбит по такъв начин, че да приведе сплетената двойка в едно от четери възможни състояния. До тук няма никакво измерване, в противен случай всичко пропада. След това А изпраща своя кюбит на Б, който измерва и двата кюбита по определен начин, което му позволява да прецени в кое от онези четери състояния са били. По този начин с изпращането само на един кюбит се предава информация, която може да се кодира с четери символа т.е. два бита.

Подробности

Повече подробности плюс обяснение за квантова телепортация и невъзможноста за клониране.

[sirius]

Днес подочух от човек в бранша, че тези компютри ще излязат на пазара (ако вече не са) на груба цена от десетина милиона долара. Течния хелий необходим за компа не е включен в цената.

[Gravity]

Днес подочух от човек в бранша, че тези компютри ще излязат на пазара (ако вече не са) на груба цена от десетина милиона долара. Течния хелий необходим за компа не е включен в цената.

Под 'тези компютри' имаш предвид тези които предлагат D-Wave. По-горе Жоро е сложил няколко клипчета, в едно от тях има нещо като реклама за тях.

[sirius]

Имам предвид КВАНТОВИ компютри. Не знам как се казва фирмата, с която е свързан човека.

[Joro-01]

D-wave e квантов компютър. Кюбитътът там е кръгов ток /посоката му/ в затворен през преходи на джоузефсън контур и/или фазово отместване на високочестотни променливи токове пак в такава верига с преходи. Има и трети начин за реализация на кюбит - по заряд, но в D-wave се ползват другите два. Като имам време ще погледна по-задълбочено в какво се изразява суперпозицията.

СКВИД тук служи за четене на състоянието.

[Gravity]

Имам предвид КВАНТОВИ компютри. Не знам как се казва фирмата, с която е свързан човека.

Имаш предвид квантовите компютри на D-Wave.

[Gravity]

Една статия на български, започва от страница 212, беше дадена от Шпага в този пост. Смятам, че е подходяща и в тази тема и за да не я пропусне някой я слагам и тук.

п.с. Който харесва статията да даде +1 на оригиналния пост на Шпага, а не на този тук.

[sirius]

Информация на ухо, както казваше агенция Тенев на времето.

Днес пак се видях с моя познат с квантовите компютри. Поподпитах го. Оказа се, че работи за ... D-Wave.

Машината била хюдж (голяма), колко голяма не каза, но каза че си била затворена система - не се долива течен хелий с кофата. Всичко е в затворен кръг и няма харч на хелий или консумативи. Само включваш и ... черпела 20кВт ток. (не, не бъркам - 20 киловата)

Ползвало се обикновено РС (компютър), който давал заявки и приемал резултати от квантовата част. Т.е. квантовата част се ползва като ко-процесор към обикновено РС. Под UNIX.

Продадена е една машина за 10млн на ... Локхийд Мартин (известна фирма).

Редактирано Май 20, 2012 от sirius

[Joro-01]

Няма начин да бъде иначе. Не може толкова скъпо съоръжение да няма хладилен /криогенен/ агрегат. Щом като камера за термовизия за 10 000 - 20 000 лв има /говоря за някои камери/. Но е възможно на някакво време да е нужно доливане на хлий /а може и да не е/. От консумираните киловати вероятно 19 са за охлаждането. Останалото за интерфейса /усилването и превръщането на сигнала в подходящ за нормален компютър/, като една много малка част ще е за самият компютинг.

Между другото този твой познат как точно работи за D-WaveБ Купува 1 бройка и чака някой от БГ да купи, или като останалия БГ бизнес? Не се заяждам, питам, интересно ми е.

[sirius]

Пиша нещата 1 към едно. Просто имаме общо хоби и се засичаме от време на време.

Каза че е просто учен и доста колеги(учени) му (им) завиждали щото явно си намират средства за изследвания, а с това и повече резултати(и лаври). По начина по който ми говори, съдя че е повече по математико-физическата част - теорията. Показва че квантовата физика му е интересна - опита се да ми обясни най-най-най основните постановки на квантовата физика с примери - по това съдя че е от теоретичната част.

Не съм споменавал нищо за работа/бизнес в България

Редактирано Май 20, 2012 от sirius

[Joro-01]

Хм.. Итересно..

Покани го тук /предполагам какво мислиш по въпроса/.

Аз като се върна ще дам пример как нормален и квантов компютър правят изчисление. Примерът ще е за факторизация /разлагане на число на прости множители/. Жокер отсега - нормалният ще се лута в последователно изпълнение на задачи, докато квантовият ще го направи мигновено. Няма да сърдя ако ме изпреварят, ако Гравити е дал подобен линк, да казва да не го правя.

[Joro-01]

Засега ти казвам чао. До празниците ако си онлайн

[sirius]

За покана няма да се харча, но мога да направя друго.

Ако има хубави въпроси мога да му ги задам от ваше име.

Ако имате въпроси, опитайте се да ги формулирате маскимално ясно. Ще направя каквото мога, живот и здраве.

Всъщност вие се справяте доста добре относно описанието на квантовия компютър.

Тази тема ми е малко в страни от интересите, но преглеждам раздела по физика като бивш физик, нещо като старо хоби. Та не съм съвсем в час по квантовите компютри, но ми е интересно. Използвах основните постановки от темата за да завържем някакъв разговор в негова територия

Дължа благодарности На Жоро и Гравити за труда по темата!

Редактирано Май 20, 2012 от sirius

[Gravity]

History of quantum computing

[DendroaspisP]

Имам един въпрос като лаик по материята: дали с оглед начина на действие на квантовите компютри, същите могат да бъдат по-устойчиви на радиационните и други космически излъчвания? До колкото знам от един приятел "звездоброец", сиреч астроном, основният проблем в днешната астронавтика е именно в компютрите, защото са силно податливи на тези лъчения и не могат да се ползват в днешните космически "кораби". Дори американските совалки и до днес ползват компютри с мощност на 4.86, защото по-модерните версии просто се скапвали след определено време горе.

[Exhemus]

Ако има хубави въпроси мога да му ги задам от ваше име.

Ако имате въпроси, опитайте се да ги формулирате маскимално ясно. Ще направя каквото мога, живот и здраве.

Всички линкове, които съм обходил досега, ме вкарват във все по голяма запутаност entanglement .

Нека твоя човек, аджеба, обясни с най-прост пример как се въвеждат входните цифрови данни, как се преобразуват числата вътре, и как се извеждат изходните цифрови данни.

ETO една статия от представител на Американското общество за квантов компютинг, което, междупрочем, никак не е убедено в постиженията на D-Wave. Явно подложен на натиск Ааронсон, все пак, деликатно и косвено им казва, че са мошеници :

Last year, as reported on this blog, D-Wave had a nice Nature paper that reported quantum tunneling behavior in an 8-qubit system. However, when I asked D-Wave scientist Mohammad Amin, he said he didn’t think that experiment provided any evidence for entanglement between qubits.

[Gravity]

@DendroaspisP: Мисля, че проблема ще е още по-голям. Квантовите са много чувствителни и това е част от проблема при реализацията.

@Exhemus: Примери се дават лесно, но щом това което си намерил от различните линкове не ти помага, предполагам, че ти е нужно повече занние по квантова механика. Може би от там трябва да почнеш. (Това може да излгежда учителски назидателно, не го приемай по този начин, не целя това). По горе съм сложил лекции на Дейвид Дойч, може да ги изгледаш, по-лесно е отколкото да се чете. Започват от нула и покриват най-основните неща, включително и примери на алгоритми и как работят. Ако искаш може да посочиш конкретен пример, от линковете които се прегледал, който не ти е бил ясен, така всички тук като го обсъдим ще стане по-ясен на всички ни.

[sirius]

Дендро, извинявай, но ще пренебрегна въпроса ти. Това е нова технология, която според Exhemus дори е спорна. Доколкото разбирам, трудно ще се изведе в орбита най-малкото поради размерите си. Дай да го оставим за по късно.

Exhemus, в момента не ми се чете статия. Въпроса ти е интересен и за мен, но предполагам Жоро и/или Гравити могат да отговорят поне донякъде. Може би с тяхна помощ ще може да формулираме въпроса по-добре.

______________

Гравити ме изпревари, но това не променя нещата съществено.

Редактирано Май 23, 2012 от sirius

[Joro-01]

@DendroaspisP: Мисля, че проблема ще е още по-голям. Квантовите са много чувствителни и това е част от проблема при реализацията.

Абсолютно.

[Joro-01]

В космоса трябва да работи някакъв по-висок клас електроника.. Мисля някакво такова беше делението, не си спомнм. И въпреки това да е защитен. За това сателитите се обвиват в разни златни фолиа /атнистатична и радиационна защита/, аерогел /термо и с-щу прошинки - микрометеорити/, тефлон..

Радиацията в космоса може сравнително бързо да прегори "нормалната" електроника, която ползваме в бита. Било чрез фотоефект, било чрез статично електричество..

[Joro-01]

Exhemus, в момента не ми се чете статия. Въпроса ти е интересен и за мен, но предполагам Жоро и/или Гравити могат да отговорят поне донякъде. Може би с тяхна помощ ще може да формулираме въпроса по-добре.

______________

Гравити ме изпревари, но това не променя нещата съществено.

Хм.. Дано, сега ще видя статията