量子コンピューターの構成とアーキテクチャ


回答:


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あなたが現在のコンピューターとして説明するものは、フォン・ノイマン・アーキテクチャーとして知られています。このアプローチは、古典的な計算を考える多くの方法の1つであり、量子コンピューティングに関連する一般化を持つ可能性のある、または持たない可能性のある他の古典的なアプローチがあります。von Neumannアーキテクチャは、理論的側面と実装的側面の両方からの難しさから、量子コンピューティング関連する可能性は低いようです。

ただし、cstheory述べたように、量子フォンノイマンアーキテクチャの実装に関する記事があります。超伝導キュビットを介してこれを行います。もちろん、実装は非常に小さく、2つの超伝導キュビット、量子バス、2つの量子メモリ、2つのゼロ化レジスタの7つの量子部分のみです。これにより、量子CPUは量子ビットに対して1、2、および3量子ビットのゲートを実行でき、メモリは(データ)量子ビットの書き込み、読み出し、ゼロ化を許可します。ゲートの量子重ね合わせを実装することは非常に難しいため、プログラムは古典的に保存されます。

実装される可能性が高い量子コンピューティングのモデルには、測定ベース、トポロジカル、および断熱モデルが含まれます。これらのモデルの典型的な実装は、コンピューターというよりは物理実験に似ています(これは!)。実装の一般的な戦略には、トラップされたイオン、量子光学、および超伝導回路が含まれます。

回路アプローチはチップ上に置かれ、実際、D-Wave(バンクーバーのUBCからのスピンオフ)は、断熱モデルを使用して量子シミュレーテッドアニーリングを実装する量子のようなコンピューターを構築したと主張しています。彼らはこのコンピューターをロッキードマーティン売却することに成功したが、彼らのアプローチは強い懐疑心で満たされた。

最後に、@ RanGが言及したNMRアプローチ。興味深いですが、完全な量子計算と同等ではないと思われます。これは、1クリーンキュービットモデル(DQC1とも呼ばれる)と同等であり、完全な量子コンピューティングよりも厳密に弱いと疑われています。


それで、彼らはどのように、そしてどこに彼らの情報を保存しますか?「古典的な」コンピューターのように、それらをシリコンチップ上のビットとして保存します。
check123

@ check123ラムダ計算はどのように情報を保存しますか?ニューラルネットワークはどのように情報を保存しますか?どちらも古典的なコンピューターです。特定の実装(フォンノイマンアーキテクチャ)を考えています。情報の保存方法は実装に依存します。超伝導キュービットは、電流の利き手の量子状態で情報を保存し、光学実験は光子の偏光で、または光子の有無で保存し、超低温イオン実験はスピンで保存します。
アルテムKaznatcheev

トポロジー実装では、エニオンパスの過去の履歴に情報が格納され、アディバティック実装では、ハミルトニアン全体に情報が格納されます。重要なのは、「量子コンピューターはどのように情報を保存するのか」と尋ねることはできないということです。特定の実装についてのみ話すことができます(「古典的なコンピューター」と「古典的なコンピューターのフォンノイマンアーキテクチャ」を混同していました)。D:支援を期待
アルテムKaznatcheev

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あんまり。量子コンピューターは、「古典的な」ビットではなく、量子ビット(qubit)を処理できる必要があります。

現在のデバイス(RAM、ディスク)は、今日の技術を使用して古典的なビットを維持しています。たとえば、高電圧のメモリセル(コンデンサなど)はビット値「1」を「保持」しています。電圧が低い場合、ビットは「0」です。

量子ビットは、非常に小さな「粒子」を介して「実装」されます。光子、原子、小分子、およびそれらの「状態」(エネルギーレベルなど)が「値」です。たとえば、コンデンサを介して保存することはできません。

ただし、量子コンピューターには間違いなく「古典的な」部分があります(2台のコンピューターが接続されている場合、1つは古典的であり、1つは量子です。計算する必要がある場合、古典的な部分がアクティブになります。量子効果が必要な場合、量子部分がアクティブになります)。したがって、量子コンピューターは標準RAM、DISK、およびその他の量子デバイスを使用します。

量子デバイス自体の場合:これは実装に大きく依存します。光デバイスは、光子を操作するために使用されます。NMRコンピューターには巨大な磁石などが必要になります(実装にはあまり慣れていませんが、ウィキペディアには最初からいくつかの例があるようです)。

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