Organisasi dan Arsitektur Komputer Quantum

14

Apa perangkat dan interkoneksi yang digunakan bersama dengan Prosesor Quantum? Apakah mereka kompatibel dengan perangkat perangkat keras seperti Cache, RAM, Disk komputer saat ini?

computer-architecture quantum-computing periksa123
sumber
Anda mungkin tertarik dengan pertanyaan terkait cstheory.
Artem Kaznatcheev

Jawaban:

13

Apa yang Anda gambarkan sebagai komputer saat ini dikenal sebagai arsitektur von Neumann . Pendekatan ini adalah salah satu dari banyak cara untuk berpikir tentang komputasi klasik dan ada pendekatan klasik lain yang mungkin atau mungkin-tidak memiliki generalisasi yang relevan dengan komputasi kuantum . Arsitektur von Neumann tampaknya tidak mungkin relevan dengan komputasi kuantum , karena kesulitannya baik dari sisi teoretis maupun implementasinya.

Namun, seperti yang saya sebutkan di cstheory ada artikel tentang penerapan arsitektur kuantum von Neumann. Mereka melakukan ini melalui qubit superkonduktor, tentu saja implementasinya sangat kecil, dengan hanya 7 bagian kuantum: dua qubit superkonduktor, bus kuantum, dua memori kuantum, dan dua register zeroing. Hal ini memungkinkan CPU kuantum mereka untuk melakukan gerbang satu, dua, dan tiga-qubit pada qubit, dan memori memungkinkan (data) qubit untuk ditulis, dibaca, dan di-zeroed. Menerapkan superposisi gerbang kuantum sangat sulit, sehingga program disimpan secara klasik.

Model komputasi kuantum yang lebih mungkin diimplementasikan meliputi: model berbasis pengukuran, topologi, dan adiabatik. Implementasi khas model-model ini lebih mirip eksperimen fisika (yang sebenarnya!) Daripada komputer. Beberapa strategi umum untuk implementasi termasuk ion yang terperangkap, optik kuantum, dan sirkuit superkonduktor.

Pendekatan sirkuit telah ditempatkan pada chip dan pada kenyataannya D-Wave (spin-off dari UBC di Vancouver) mengklaim telah membangun komputer seperti kuantum menggunakan model adiabatik untuk menerapkan anil simulasi simulasi kuantum. Mereka telah berhasil menjual komputer ini kepada Lockheed Martin, tetapi pendekatan mereka disambut dengan skeptisisme yang kuat .

Terakhir, pendekatan NMR disebutkan oleh @RanG. memang menarik, tetapi diduga tidak setara dengan komputasi kuantum penuh. Ini setara dengan model qubit satu bersih (juga dikenal sebagai DQC1) dan diduga lebih kuat dari komputasi kuantum penuh.

Artem Kaznatcheev
sumber
Jadi bagaimana dan di mana mereka menyimpan informasi mereka? Seperti dalam komputer 'klasik' menyimpannya sebagai bit pada chip silikon.
check123
@ check123 bagaimana cara lambda calculus menyimpan informasinya? Bagaimana jaringan saraf menyimpan informasinya? Keduanya juga komputer klasik. Anda memikirkan implementasi tertentu (arsitektur von Neumann). Bagaimana informasi disimpan bergantung pada implementasi. Sebuah qubit super-konduktor menyimpan informasi dalam keadaan kuantum dari kelancaran arus, sebuah eksperimen optik menyimpannya dalam polarisasi foton, atau di hadapan atau tidak ada foton, eksperimen ion super dingin menyimpannya dalam putaran .
Artem Kaznatcheev
Implementasi topologis menyimpan informasinya dalam sejarah masa lalu jalur siapa pun, implementasi adiobatic menyimpan informasi di seluruh seluruh negara bagian Hamilton. Intinya adalah bahwa Anda tidak dapat bertanya "bagaimana informasi toko komputer kuantum" tidak lebih dari yang dapat Anda tanyakan "bagaimana informasi toko komputer klasik". Anda hanya dapat berbicara tentang implementasi spesifik (Anda menggabungkan "komputer klasik" dengan "arsitektur von Neumann untuk komputer klasik"). Semoga itu bisa membantu: D
Artem Kaznatcheev
7

Tidak juga. Komputer kuantum harus dapat memproses bit kuantum (qubit) daripada bit "klasik".

Perangkat saat ini (RAM, disk) menggunakan teknologi saat ini untuk mempertahankan bit klasik: misalnya, sel memori (katakanlah, kapasitor) dengan tegangan tinggi "menahan" nilai bit "1"; jika tegangan rendah bitnya adalah "0".

Qubit "diimplementasikan" melalui "partikel" yang sangat kecil: foton, atom, molekul kecil, dan "keadaan" mereka (tingkat energi, dll.) Adalah "nilai". Mereka tidak dapat disimpan melalui kapasitor, misalnya.

Namun, komputer kuantum pasti akan memiliki bagian "klasik" (seperti memiliki dua komputer yang terhubung, satu adalah klasik dan satu kuantum; jika ada perhitungan untuk membuat, bagian klasik akan aktif; ketika diperlukan efek kuantum, bagian kuantum akan aktif). Jadi komputer kuantum akan menggunakan RAM standar, DISK serta perangkat kuantum lainnya.

Untuk perangkat kuantum sendiri: ini sangat tergantung pada implementasinya. Perangkat optik akan digunakan untuk memanipulasi foton. Komputer NMR perlu memiliki magnet raksasa, dll. (Saya tidak terlalu terbiasa dengan implementasinya, tetapi wikipedia tampaknya memiliki beberapa contoh yang dapat Anda mulai dengan).

Ran G.
sumber