Организация и архитектура квантовых компьютеров

Какие устройства и их соединения используются вместе с квантовыми процессорами? Совместимы ли они с аппаратными устройствами, такими как кэш-память, оперативная память, диски современных компьютеров?

То, что вы описываете как современные компьютеры, известно как архитектура фон Неймана . Этот подход является одним из многих способов думать о классических вычислениях, и существуют другие классические подходы, которые могут иметь или не иметь соответствующие обобщения для квантовых вычислений . Архитектура фон Неймана, похоже, вряд ли будет иметь отношение к квантовым вычислениям из-за сложности как теоретической, так и практической реализации.

Однако, как я уже упоминал в статье, есть статья о реализации квантовой архитектуры фон Неймана. Они делают это через сверхпроводящие кубиты, конечно, реализация очень мала, всего 7 квантовых частей: два сверхпроводящих кубита, квантовая шина, две квантовые памяти и два регистра обнуления. Это позволяет их квантовому ЦП выполнять стробирование с одним, двумя и тремя кубитами на кубитах, а память позволяет записывать (считывать) кубиты (данные) и обнулять их. Реализация квантовой суперпозиции вентилей очень сложна, и поэтому программа хранится классически.

Более вероятные модели квантовых вычислений, которые будут реализованы, включают: основанные на измерениях, топологические и адиабатические модели. Типичные реализации этих моделей больше похожи на физические эксперименты (которые они есть!), Чем на компьютеры. Некоторые из распространенных стратегий реализации включают в себя захваченные ионы, квантовую оптику и сверхпроводящие схемы.

Цепной подход был помещен в микросхемы, и фактически D-Wave (ответвление от UBC в Ванкувере) утверждает, что построил квантово-подобные компьютеры, используя адиабатическую модель для реализации квантового имитации отжига. Им удалось продать этот компьютер Lockheed Martin, но их подход был встречен с большим скептицизмом .

Наконец, подход ЯМР, упомянутый @RanG. это интересно, но предположительно не эквивалентно полным квантовым вычислениям. Это эквивалентно модели одночистого кубита (также известной как DQC1) и предположительно является более слабой, чем полные квантовые вычисления.

На самом деле, нет. Квантовые компьютеры должны будут уметь обрабатывать квантовые биты (кубиты), а не «классические» биты.

Современные устройства (ОЗУ, диски) используют современную технологию для поддержания классических битов: например, ячейка памяти (скажем, конденсатор) с высоким напряжением «держит» значение бита «1»; если напряжение низкое, бит «0».

Кубиты «реализуются» через очень маленькие «частицы»: фотоны, атомы, маленькие молекулы, и их «состояние» (уровень энергии и т. Д.) Является «значением». Они не могут быть сохранены через конденсатор, например.

Тем не менее, квантовый компьютер определенно будет иметь «классические» части (например, если подключены два компьютера, один классический и один квантовый; если необходимо выполнить вычисления, классическая часть будет активной; когда необходим квантовый эффект, квантовая часть будет активной). Таким образом, квантовый компьютер будет использовать стандартные ОЗУ, диски, а также другие квантовые устройства.

Для самих квантовых устройств: это во многом зависит от реализаций. Оптические устройства будут использоваться для манипулирования фотонами. ЯМР-компьютеры должны будут иметь гигантские магниты и т. Д. (Я не очень знаком с реализацией, но в Википедии, похоже, есть несколько примеров, с которых можно начать).