Kvantarvuti
Kvantarvuti on mudel sellest, kuidas ehitada arvutit. Idee seisneb selles, et kvantarvutid saavad kasutada teatud kvantmehaanika nähtusi, nagu superpositsioon ja põimumine, et teha operatsioone andmetega. Kvantarvutuse põhiprintsiip on, et kvantomaduste abil saab andmeid esitada ja nendega operatsioone teha. Teoreetiline mudel on kvant-Turingi masin, mida nimetatakse ka universaalseks kvantarvutiks.
Kvantarvutuse idee on veel väga uus. Eksperimente on tehtud. Neis tehti väga väike arv operatsioone qubititega (kvantbitt). Nii praktilised kui ka teoreetilised uuringud jätkuvad huviga ning paljud riiklikud valitsus- ja sõjalised rahastamisasutused toetavad kvantarvutite uurimistööd, et arendada kvantarvuteid nii tsiviil- kui ka sõjalistel eesmärkidel, näiteks krüptoanalüüsiks.
Tänapäeva arvutid, mida nimetatakse "klassikalisteks" arvutiteks, salvestavad teavet binaarselt; iga bitt on kas sisse või välja lülitatud. Kvantarvutustes kasutatakse kvantbitte, mis lisaks sellele, et nad võivad olla nii sisse- kui ka välja lülitatud, mis on üks viis kirjeldada superpositsiooni, kuni toimub mõõtmine. Tavalises arvutis on andmestiku olek kindlalt teada, kuid kvantarvutustes kasutatakse tõenäosusi. On ehitatud ainult väga lihtsad kvantarvutid, kuigi on leiutatud ka suuremaid konstruktsioone. Kvantarvutused kasutavad erilist füüsikat, kvantfüüsikat.
Kui on võimalik ehitada suuremahulisi kvantarvuteid, suudavad need lahendada mõningaid probleeme palju kiiremini kui mis tahes praegu olemasolevad arvutid (näiteks Shori algoritm). Kvantarvutid erinevad teistest arvutitest, näiteks DNA-arvutitest ja traditsioonilistest transistoridel põhinevatest arvutitest. Mõned arvutite arhitektuurid, näiteks optilised arvutid, võivad kasutada elektromagnetiliste lainete klassikalist superpositsiooni. Ilma kvantmehaaniliste ressurssideta, nagu näiteks põimumine, arvavad inimesed, et eksponentsiaalne eelis klassikaliste arvutite ees ei ole võimalik. Kvantarvutid ei saa täita funktsioone, mida klassikalised arvutid ei ole teoreetiliselt arvutatavad, teisisõnu ei muuda nad Church-Turingi teesi. Küll aga suudaksid nad teha paljusid asju palju kiiremini ja tõhusamalt.
Blochi sfäär on kvantarvutite põhielemendi, kubiti, kujutis.
Küsimused ja vastused
K: Mis on kvantarvuti?
V: Kvantarvuti on mudel, kuidas ehitada arvuti, mis kasutab teatud ideid kvantmehaanikast, nagu superpositsioon ja põimumine, et teha operatsioone andmetega.
K: Mille poolest erineb see klassikalistest arvutitest?
V: Klassikalised arvutid salvestavad teavet binaarselt; iga bitt on kas sisse või välja lülitatud. Kvantarvutustes kasutatakse kvantbitte, mis võivad olla nii sisse- kui ka väljalülitatud, kuni toimub mõõtmine. Tavalises arvutis on andmete olek kindlalt teada, kuid kvantarvutustes kasutatakse tõenäosusi.
K: Millised on kvantarvutite võimalikud rakendused?
V: Potentsiaalsete rakenduste hulka kuuluvad krüptoanalüüs (koodide murdmine) ja probleemide lahendamine palju kiiremini kui ükski praegune arvuti (näiteks Shori algoritm).
K: Kas peale kvantarvutite on olemas ka muud tüüpi arvuteid?
V: Jah, on olemas muud tüüpi arvuteid, näiteks DNA-arvutid ja traditsioonilised transistoridel põhinevad arvutid. Mõned arvutite arhitektuurid, näiteks optilised arvutid, võivad samuti kasutada elektromagnetiliste lainete klassikalist superpositsiooni.
K: Kas Church-Turingi tees kehtib kvantarvutite puhul?
V: Jah, kvantarvutid ei saa täita funktsioone, mis ei ole teoreetiliselt arvutatavad klassikaliste arvutitega; need ei muuda Church-Turingi teesi. Siiski suudaksid nad paljusid asju teha palju kiiremini ja tõhusamalt kui klassikalised masinad.
K: Kas suuremahulised kvantarvutid on juba saavutatud?
V: Ei, qubite (kvantbitte) kasutades on tehtud ainult väga lihtsaid katseid, kuigi on leiutatud ka suuremaid konstruktsioone. Praktilised ja teoreetilised uuringud jätkuvad huviga, et arendada suuremahulisi kvantarvutusvõimalusi tsiviil- ja sõjalistel eesmärkidel.
