Квантовый параллелизм. Квантовый параллелизм

Квантовый параллелизм - это... Что такое Квантовый параллелизм?

Квантовый параллелизм

Квантовый параллелизм — принцип, лежащий в основе работы квантовых компьютеров и позволяющий им потенциально превзойти в производительности классические компьютеры. В основе квантового параллелизма лежит использование при вычислениях суперпозиций базовых состояний, что позволяет одновременно производить большое количество вычислений с различными исходными данными. Например, 64-разрядный квантовый регистр может хранить до значений одновременно[1][2], а квантовый компьютер может все эти значения одновременно обрабатывать[1]. Тем не менее, извлечение результатов таких вычислений затруднено, что ограничивает область применения квантовых компьютеров[1].

См. также

Примечания

Ссылки

R Jozsa. Characterising Classes of Functions Computable by Quantum Parallelism. Proc Roy Soc Lond A,volume 435: 563—574, September 1991.
Гровер Л. К. Польза суперпозиции

"Quantum Parallelism and the Exact Simulation of Physical Systems, " Computing Frontiers, Ischia, Italy, April 14, 2004.
"The Challenges and the Promise of Quantum Parallelism, " (with G. M. Marinescu) Concurrent Processing, NATO Science Series, Computer and System Sciences, Vol. 195, IOS Press, pp. 159—174, 2005.
"Quantum Parallelism, " 18th Annual ACM International Conference on Supercomputing (St.Mallo, France, June 2004).
Dugic, Miroljub; Cirkovic, Milan M. Quantum Parallelism in Quantum Information Processing, опубликовано также в Journal of Theoretical Physics, Volume 41, Number 9, September 2002, pp. 1641—1649(9)
B. Paredes, F. Verstraete, J. I. Cirac. Exploiting Quantum Parallelism To Simulate Quantum Random Many-Body Systems
Holger F. Hofmann. Quantum parallelism of the controlled-NOT operation: An experimental criterion for the evaluation of device performance. Phys. Rev. A 72, 022329 (2005)
Martin Ziegler. Computational Power of Infinite Quantum Parallelism. International Journal of Theoretical Physics Volume 44, Number 11 / November, 2005
Алгоритм Дойча
Mark A. Bashuk Solving a maze with a quantum computer

Категории:

Квантовая механика
Квантовый компьютер
Информатика

Wikimedia Foundation. 2010.

Рагуза
Гранхольм, Бруно Фердинанд

Смотреть что такое "Квантовый параллелизм" в других словарях:

Квантовый алгоритм — Квантовый алгоритм это алгоритм, предназначенный для выполнения на квантовом компьютере. Квантовый алгоритм представляет собой классический алгоритм, который задает последовательность унитарных операций (гейтов, или вентилей) с указанием,… … Википедия
Квантовый компьютер — 3 кубита квантового регистра против 3 битов обычного Квантовый компьютер вычислительное устройство, работающее на основе квантовой механики. Квантовый компьютер принципиально отличается от классических компьютеров, работающих на основе … Википедия
квантовый компьютер — Термин квантовый компьютер Термин на английском quantum computer Синонимы квантовое вычислительное устройство Аббревиатуры КК Связанные термины Определение гипотетическое вычислительное устройство, которое при выполнении операций с данными… … Энциклопедический словарь нанотехнологий
Квантовые вычисления — 3 кубита квантового регистра против 3 битов обычного Квантовый компьютер гипотетическое[1] вычислительное устройство, которое путем выполнения квантовых алгоритмов существенно использует при работе квантовомеханические эффекты, такие как… … Википедия
Квантовые компьютеры — 3 кубита квантового регистра против 3 битов обычного Квантовый компьютер гипотетическое[1] вычислительное устройство, которое путем выполнения квантовых алгоритмов существенно использует при работе квантовомеханические эффекты, такие как… … Википедия
Кубит — (q бит, кьюбит; от quantum bit) квантовый разряд или наименьший элемент для хранения информации в квантовом компьютере. Как и бит, кубит допускает два собственных состояния, обозначаемых и (обозначения Дирака), но при этом может находиться… … Википедия
Квантбит — Кубит (q бит, кьюбит; от quantum bit) квантовый разряд или наименьший элемент для хранения информации в квантовом компьютере . Как и бит, кьюбит допускает два собственных состояния, обозначаемых и , но при этом может находиться и в их… … Википедия
П:Ф — Начинающим · Сообщество · Порталы · Награды · Проекты · Запросы · Оценивание География · История · Общество · Персоналии · Религия · Спорт · Техника · Наука · Искусство · Философия … Википедия
Последние достижения в физике — Содержание 1 Космология 1.1 Открытие тёмной энергии 2 Физика элемента … Википедия

dic.academic.ru

Квантовый параллелизм — Википедия

Материал из Википедии — свободной энциклопедии

Квантовый параллелизм — принцип, лежащий в основе работы квантовых компьютеров и позволяющий им потенциально превзойти в производительности классические компьютеры. В основе квантового параллелизма лежит использование при вычислениях суперпозиций базовых состояний, что позволяет одновременно производить большое количество вычислений с различными исходными данными. Например, 64-разрядный квантовый регистр может хранить до 264{\displaystyle 2^{64}} значений одновременно[1][2], а квантовый компьютер может все эти значения одновременно обрабатывать[1]. Тем не менее, извлечение результатов таких вычислений затруднено, что ограничивает область применения квантовых компьютеров[1].

См. также

Примечания

Видео по теме

Ссылки

R Jozsa. Characterising Classes of Functions Computable by Quantum Parallelism. Proc Roy Soc Lond A,volume 435: 563—574, September 1991.
Гровер Л. К. Польза суперпозиции
"Quantum Parallelism and the Exact Simulation of Physical Systems, " Computing Frontiers, Ischia, Italy, April 14, 2004.
"The Challenges and the Promise of Quantum Parallelism, " (with G. M. Marinescu) Concurrent Processing, NATO Science Series, Computer and System Sciences, Vol. 195, IOS Press, pp. 159–174, 2005.
"Quantum Parallelism, " 18th Annual ACM International Conference on Supercomputing (St.Mallo, France, June 2004).
Dugic, Miroljub; Cirkovic, Milan M. Quantum Parallelism in Quantum Information Processing, опубликовано также в Journal of Theoretical Physics, Volume 41, Number 9, September 2002, pp. 1641—1649(9) (недоступная ссылка)
B. Paredes, F. Verstraete, J. I. Cirac. Exploiting Quantum Parallelism To Simulate Quantum Random Many-Body Systems
Holger F. Hofmann. Quantum parallelism of the controlled-NOT operation: An experimental criterion for the evaluation of device performance. Phys. Rev. A 72, 022329 (2005) (недоступная ссылка)
Martin Ziegler. Computational Power of Infinite Quantum Parallelism. International Journal of Theoretical Physics Volume 44, Number 11 / November, 2005
Алгоритм Дойча
Mark A. Bashuk Solving a maze with a quantum computer

wikipedia.green

Квантовый ликбез 23. Квантовый параллелизм.

Предыдущие посты

Тут следует немного поговорить о том, для чего вообще нужен квантовый компьютер.

Существуют вычислительные задачи двух типов. Первый тип - это те задачи, ответ в которых получается в результате последовательной обработки единственного набора исходных данных. Например, если нам надо возвести число 3 в степень 44, то мы умножаем 3 на 3, затем полученный результат опять умножаем на 3 и так далее, всего 44 раза.

Вычислительные задачи другого типа не имеют такого прямого решения и требуют поиска одного или нескольких правильных ответов среди множества вариантов. Например, науке неизвестен прямой алгоритм вычисления наилучшего хода в шахматной партии. Поэтому компьютеру, играющему в шахматы, приходится по очереди перебирать в своих «мозгах» множество вариантов ходов в поисках оптимального. Или вот более утилитарный пример: факторизация целых чисел, то есть, поиск целых делителей целого числа. Или, скажем, знаменитая задача коммивояжера - поиск оптимального маршрута среди множества возможных. Эти и им подобные задачи решаются только методом перебора. Конечно, существуют разные математические ухищрения, оптимизирующие этот процесс, что превращает «метод тыка» в «метод научного тыка», но они не отменяет саму необходимость перебора.

В общем случае задачи первого типа решать, конечно, легче и быстрее. Но зато их бессмысленно распределить между несколькими вычислителями. Ускорить процесс вычисления тут можно только путём совершенствования вычислительного устройства, например, повышением разрядности и тактовой частоты процессора.

А задачи второго типа распределять между несколькими компьютерами очень даже полезно. Скажем, в задаче по факторизации: возьмём сотню компьютеров, разобьём область поиска возможных делителей на сотню кусков и "заставим" первый компьютер искать делители в первом куске, второй - во втором, и так далее. Таким образом, используя сотню параллельно работающих машин, среднее время поиска решения можно сократить в ту же сотню раз.

Так вот, квантовый компьютер даёт преимущества в решении задач только второго типа, таких, где процесс поиска решения можно распараллелить. В грубом приближении можно сказать, что один квантовый компьютер эквивалентен множеству параллельно работающих классических компьютеров. Как это на деле реализуется - вот с этим мы и будем дальше разбираться.

В предыдущей части был рассмотрен принцип действия классического компьютера. Мы выбрали для рассмотрения теоретическую модель компьютера на базе битового регистра. Вкратце напомню, как это работает.

C1. Сначала записываем в битовый регистр исходные данные, то есть, устанавливаем каждый бит в определённое состояние «0» или «1».

C2. Запускаем компьютер, и он «обрабатывает» биты - изменяет их состояние в соответствие с программой, задающей последовательность операций. Программа может быть сколь угодно разветвлённой, длинной и сложной, но при этом она строится из ограниченного (базисного) набора элементарных операций. Аналогично тому как из множества одинаковых кирпичей можно построить здание любой формы. По окончании работы программы в битовом регистре образуется результат вычисления.

C3. Читаем результат из регистра.

Буква «C» в номере пункта означает, что речь здесь идёт о классическом (Classical) компьютере.

Так вот, квантовый компьютер устроен похоже, только в нём используются не простые биты, а квантовые. И от этого по кажному пункту возникает своя квантовая специфика. Давайте её рассмотрим. Буква «Q» в номере пункта - говорим о квантовом (Quantum) компьютере. Для начала "потренируемся" на одном кубите.

Q1. Для обычного бита существует только два варианта состояния: «0» или «1», причём, бит может находиться только в одном из них. А квантовое состояние кубита, как мы уже знаем, в общем случае представляет собой совокупность двух бесконечных групп реализуемых виртуальных вариантов. Варианты одной группы несут в себе классическое состояние «0», варианты второй группы - классическое состояние «1». Упрощая картину можно сказать, что кубит несёт в себе две альтернативы одновременно. Стало быть, если в бит мы можем «записать» либо «0», либо «1», то в кубит можно «записать» комбинацию двух значений сразу.

Q2. Смотрим на пункт C2: операция над битом «работает» только с одной версией исходных данных, и результат, стало быть, тоже получается только один. Скажем, если в бит был записан «0», и мы применили к нему операцию «NOT», то в результате получим единицу.

А вот операция над кубитом воздействует на оба записанных туда значения одновременно. И после операции в кубите оказывается комбинация обоих результатов. Смотрите, допустим, мы записали в кубит такое состояние:

Теперь мы подвергаем этот кубит операции «NOT». Операция воздействует на каждую группу отдельно, в итоге получается результат:

Таким образом, одной операцией мы обработали оба значения - это и есть квантовый параллелизм. В данном случае один квантовый гейт «вычислил» функцию «NOT» для двух исходных значений за один проход.

Q3. А вот с чтением результата из кубита всё несколько сложнее. По окончании расчёта в регистре хранится комбинация результатов, да. Но прочитать мы можем только один из них, причём, выбор тут абсолютно случайный. Ведь что такое считывание из памяти с точки зрения физики? Это, по сути, измерение состояния ячейки памяти. А квантовое измерение всегда даёт только одни результат из множества реализуемых альтернатив, в случае одного кубита - один из двух.

Так что же, выходит, квантовые вычисления бесполезны, «гора родила мышь»? Вовсе нет. Во-первых, мы уже говорили выше о том, что квантовый компьютер полезен не для прямого вычисления (вычисление функции «NOT» таковым и является), а для поиска решения из множества вариантов. Во-вторых, для реализации настоящих квантовых вычислений одного кубита недостаточно. Поэтому переходим к многокубитным регистрам.

С многокубитными квантовыми системами мы уже знакомились в части 20, кто забыл, пожалуйста, вернитесь туда и освежите в памяти. Количество альтернатив (результатов измерений) для многокубитной системы равняется 2n, где n - количество кубитов. В контексте квантовых вычислений каждую альтернативу мы рассматриваем как один экземпляр исходных данных. Значит, если мы оперируем с одним кубитом, мы обрабатываем одновременно два варианта, в одном из которых «на входе» число «0», в другом - число «1». Если мы имеем дело с двухкубитным регистром, то обработке подвергаются уже суперпозиция из четырёх чисел сразу. Трёхкубитный регистр – восемь чисел, и так далее. Если же взять, например, регистр размером в 32 кубита, тогда одна вычислительная схема сможет обрабатывать сразу 4294967296 (четыре с лишним миллиарда!!!) вариантов входных данных. Например, если мы решаем задачу факторизации, то одна квантовая схема потенциально способна за один проход отыскать делитель среди более чем четырёх миллиардов чисел.

Но тут опять возникает проблема чтения результата. Да, скажете вы, мы в один проход обсчитали, допустим, триллион вариантов и получили суперпозицию из триллиона результатов и что толку? Ведь при измерении конечного состояния кубитового регистра мы всё равно получим только один результат из этого множества, и крайне маловероятно, что правильный. Отвечаю: оказывается, существуют хитроумные квантовые алгоритмы, обеспечивающие сколь угодно высокую вероятность нужного результата на выходе. Один из таких алгоритмов мы дальше разберём.

Продолжение

eslitak.livejournal.com

Квантовый параллелизм | Virtual Laboratory Wiki

Квантовый параллелизм — принцип, лежащий в основе работы квантовых компьютеров и позволяющий им потенциально превзойти в производительности классические компьютеры. В основе квантового параллелизма лежит использование при вычислениях суперпозиций базовых состояний, что позволяет одновременно производить большое количество вычислений с различными исходными данными. Например, 64-разрядный квантовый регистр может хранить до $ 2^{64} $ значений одновременно [1][2], а квантовый компьютер может все эти значения одновременно обрабатывать[1]. Тем не менее, извлечение результатов таких вычислений затруднено, что ограничивает область применения квантовых компьютеров[1].

↑ 1,01,11,2Beyond Bits: The Future of Quantum Information Processing Andrew M. Steane, Eleanor G. Rieffel
↑ Eleanor Rieffel. An Introduction to Quantum Computing for Non-Physicists

R Jozsa. Characterising Classes of Functions Computable by Quantum Parallelism. Proc Roy Soc Lond A,volume 435: 563--574, September 1991.
Гровер Л.К. Польза суперпозиции
“Quantum Parallelism and the Exact Simulation of Physical Systems,” Computing Frontiers, Ischia, Italy, April 14, 2004.
“The Challenges and the Promise of Quantum Parallelism,” (with G. M. Marinescu) Concurrent Processing, NATO Science Series, Computer and System Sciences, Vol. 195, IOS Press, pp. 159–174, 2005.
“Quantum Parallelism,” 18th Annual ACM International Conference on Supercomputing (St.Mallo, France, June 2004).
Dugic, Miroljub; Cirkovic, Milan M. Quantum Parallelism in Quantum Information Processing, опубликовано также в Journal of Theoretical Physics, Volume 41, Number 9, September 2002, pp. 1641-1649(9)
B. Paredes, F. Verstraete, J. I. Cirac. Exploiting Quantum Parallelism To Simulate Quantum Random Many-Body Systems
Holger F. Hofmann. Quantum parallelism of the controlled-NOT operation: An experimental criterion for the evaluation of device performance. Phys. Rev. A 72, 022329 (2005)
Martin Ziegler. Computational Power of Infinite Quantum Parallelism. International Journal of Theoretical Physics Volume 44, Number 11 / November, 2005
Алгоритм Дойча
Mark A. Bashuk Solving a maze with a quantum computer

Эта страница использует содержимое раздела Википедии на русском языке. Оригинальная статья находится по адресу: Квантовый параллелизм. Список первоначальных авторов статьи можно посмотреть в истории правок. Эта статья так же, как и статья, размещённая в Википедии, доступна на условиях CC-BY-SA .

ru.vlab.wikia.com

Квантовый параллелизм Википедия

Квантовый параллелизм — принцип, лежащий в основе работы квантовых компьютеров и позволяющий им потенциально превзойти в производительности классические компьютеры. В основе квантового параллелизма лежит использование при вычислениях суперпозиций базовых состояний, что позволяет одновременно производить большое количество вычислений с различными исходными данными. Например, 64-разрядный квантовый регистр может хранить до 264{\displaystyle 2^{64}} значений одновременно[1][2], а квантовый компьютер может все эти значения одновременно обрабатывать[1]. Тем не менее, извлечение результатов таких вычислений затруднено, что ограничивает область применения квантовых компьютеров[1].

См. также

Примечания

Ссылки

R Jozsa. Characterising Classes of Functions Computable by Quantum Parallelism. Proc Roy Soc Lond A,volume 435: 563—574, September 1991.
Гровер Л. К. Польза суперпозиции
"Quantum Parallelism and the Exact Simulation of Physical Systems, " Computing Frontiers, Ischia, Italy, April 14, 2004.
"The Challenges and the Promise of Quantum Parallelism, " (with G. M. Marinescu) Concurrent Processing, NATO Science Series, Computer and System Sciences, Vol. 195, IOS Press, pp. 159–174, 2005.
"Quantum Parallelism, " 18th Annual ACM International Conference on Supercomputing (St.Mallo, France, June 2004).
Dugic, Miroljub; Cirkovic, Milan M. Quantum Parallelism in Quantum Information Processing, опубликовано также в Journal of Theoretical Physics, Volume 41, Number 9, September 2002, pp. 1641—1649(9) (недоступная ссылка)
B. Paredes, F. Verstraete, J. I. Cirac. Exploiting Quantum Parallelism To Simulate Quantum Random Many-Body Systems
Holger F. Hofmann. Quantum parallelism of the controlled-NOT operation: An experimental criterion for the evaluation of device performance. Phys. Rev. A 72, 022329 (2005) (недоступная ссылка)
Martin Ziegler. Computational Power of Infinite Quantum Parallelism. International Journal of Theoretical Physics Volume 44, Number 11 / November, 2005
Алгоритм Дойча
Mark A. Bashuk Solving a maze with a quantum computer

wikiredia.ru

Квантовый параллелизм Википедия

Квантовый параллелизм — принцип, лежащий в основе работы квантовых компьютеров и позволяющий им потенциально превзойти в производительности классические компьютеры. В основе квантового параллелизма лежит использование при вычислениях суперпозиций базовых состояний, что позволяет одновременно производить большое количество вычислений с различными исходными данными. Например, 64-разрядный квантовый регистр может хранить до 264{\displaystyle 2^{64}} значений одновременно[1][2], а квантовый компьютер может все эти значения одновременно обрабатывать[1]. Тем не менее, извлечение результатов таких вычислений затруднено, что ограничивает область применения квантовых компьютеров[1].

См. также[ | код]

Примечания[ | код]

Ссылки[ | код]

R Jozsa. Characterising Classes of Functions Computable by Quantum Parallelism. Proc Roy Soc Lond A,volume 435: 563—574, September 1991.
Гровер Л. К. Польза суперпозиции
"Quantum Parallelism and the Exact Simulation of Physical Systems, " Computing Frontiers, Ischia, Italy, April 14, 2004.
"The Challenges and the Promise of Quantum Parallelism, " (with G. M. Marinescu) Concurrent Processing, NATO Science Series, Computer and System Sciences, Vol. 195, IOS Press, pp. 159–174, 2005.
"Quantum Parallelism, " 18th Annual ACM International Conference on Supercomputing (St.Mallo, France, June 2004).
Dugic, Miroljub; Cirkovic, Milan M. Quantum Parallelism in Quantum Information Processing, опубликовано также в Journal of Theoretical Physics, Volume 41, Number 9, September 2002, pp. 1641—1649(9) (недоступная ссылка)
B. Paredes, F. Verstraete, J. I. Cirac. Exploiting Quantum Parallelism To Simulate Quantum Random Many-Body Systems
Holger F. Hofmann. Quantum parallelism of the controlled-NOT operation: An experimental criterion for the evaluation of device performance. Phys. Rev. A 72, 022329 (2005) (недоступная ссылка)
Martin Ziegler. Computational Power of Infinite Quantum Parallelism. International Journal of Theoretical Physics Volume 44, Number 11 / November, 2005
Алгоритм Дойча
Mark A. Bashuk Solving a maze with a quantum computer

ru-wiki.ru

Квантовый параллелизм

Квантовый параллелизм — принцип, лежащий в основе работы квантовых компьютеров и позволяющий им потенциально превзойти в производительности классические компьютеры. В основе квантового параллелизма лежит использование при вычислениях суперпозиций базовых состояний, что позволяет одновременно производить большое количество вычислений с различными исходными данными. Например, 64-разрядный квантовый регистр может хранить до 2 64 {\displaystyle 2^{64}} значений одновременно [1] [2] , а квантовый компьютер может все эти значения одновременно обрабатывать [1] . Тем не менее, извлечение результатов таких вычислений затруднено, что ограничивает область применения квантовых компьютеров [1] .

См. также

Примечания

Ссылки

R Jozsa. Characterising Classes of Functions Computable by Quantum Parallelism. Proc Roy Soc Lond A,volume 435: 563—574, September 1991.
Гровер Л. К. Польза суперпозиции
"Quantum Parallelism and the Exact Simulation of Physical Systems, " Computing Frontiers, Ischia, Italy, April 14, 2004.
"The Challenges and the Promise of Quantum Parallelism, " (with G. M. Marinescu) Concurrent Processing, NATO Science Series, Computer and System Sciences, Vol. 195, IOS Press, pp. 159–174, 2005.
"Quantum Parallelism, " 18th Annual ACM International Conference on Supercomputing (St.Mallo, France, June 2004).
Dugic, Miroljub; Cirkovic, Milan M. Quantum Parallelism in Quantum Information Processing , опубликовано также в Journal of Theoretical Physics, Volume 41, Number 9, September 2002, pp. 1641—1649(9) (недоступная ссылка)
B. Paredes, F. Verstraete, J. I. Cirac. Exploiting Quantum Parallelism To Simulate Quantum Random Many-Body Systems
Holger F. Hofmann. Quantum parallelism of the controlled-NOT operation: An experimental criterion for the evaluation of device performance. Phys. Rev. A 72, 022329 (2005) (недоступная ссылка)
Martin Ziegler. Computational Power of Infinite Quantum Parallelism. International Journal of Theoretical Physics Volume 44, Number 11 / November, 2005
Алгоритм Дойча
Mark A. Bashuk Solving a maze with a quantum computer

www.cruer.com