Двоичная логика удобна и для квантовых компьютеров
Итальянские физики выяснили, что утечку информации из квантовой ячейки памяти в окружающую среду можно будет предотвратить, по крайней мере в принципе, лишь в случае двоичной или троичной логики будущего квантового компьютера.
Квантовые компьютеры — одна из главных надежд вычислительной техники будущего. Вычисления в таких компьютерах будут производиться над квантовыми битами (кубитами) — элементарными ячейками информации, которые имеют два «чистых» состояния: «ноль» и «единица», однако в отличие от битов обычного компьютера, могут также находиться и в разнообразных состояниях, описываемых квантовыми суперпозициями этих двух базовых состояний. Именно поэтому квантовые компьютеры будут способны работать с гораздо большим количеством информации и выполнять параллельно большое число операций.
В принципе, для квантовых вычислений вместо кубитов можно использовать и квантовые ячейки с числом «чистых» состояний более двух, то есть, перейти от двоичной системы счисления к более сложной. Казалось бы, это даже удобнее: ведь при этом повышается информационная емкость каждой такой ячейки. Однако в этом случае работа с такими ячейками существенно усложняется, причем возникающие здесь проблемы могут носить не технический, а принципиальный характер.
Одну из таких проблем недавно открыли итальянские физики; их аргументы изложены в статье F. Buschemi et al., Physical Review Letters, 95, 090501 (23 August 2005). Известно, что любая квантовая система, в том числе и кубит, взаимодействуя неконтролируемым образом с окружающим миром, постепенно теряет свои квантовые черты. Этот процесс называется декогеренцией (см. обзорную статью М. Б. Менский, Диссипация и декогеренция квантовых систем, УФН, 2003, вып. 11), и он, безусловно, является главнейшим врагом квантовых вычислений. Декогеренция, в частности, приводит к потере запасенной в кубите квантовой информации, а точнее, к ее частичной утечке в окружающую среду. Можно попытаться минимизировать последствия этой утечки, внимательно изучая изменения самого окружающего пространства, однако остается открытым вопрос, можно ли при этом восстановить всю исходную информацию.
Открытие итальянских исследователей как раз и заключается в том, что если для кубита или «кутрита» можно, в идеале, восстановить всю исходную информацию, то для ячеек с числом состояний 4 и более это нельзя сделать даже в принципе. Таким образом, двоичная или троичная логика оказываются в более выгодном положении: процесс коррекции ошибок в этом случае будет протекать «чище». Впрочем, техническая реализация этой коррекции по-прежнему остается сложнейшей задачей. В статье итальянцев, по существу математической, об этом не сказано ни слова.
Дополнительные ссылки:
- Архив журнала Квантовые компьютеры и квантовые вычисления, 1999-2003 гг.
- Из чего ж это сделаны кубиты?, Компьютерра, 1 октября 2001 г.
- К. А. Валиев, Квантовая информатика: компьютеры, связь и криптография.
Последние новости
