メモリが見かけの物理的サイズよりも指数関数的に大きいコンピューター（指数関数的な入力セットを同時に処理できるコンピューター）を想像してみてください。コンピューターは、宇宙の薄明かりのゾーンで計算します。あなたは量子コンピューターについて考えるでしょう。量子コンピューターを可能にするために必要なのは、量子力学からの比較的少数の単純な概念です。微妙な点は、これらの概念を処理する方法を学ぶことにあります。そのようなコンピューターは避けられないのでしょうか、それとも構築が非常に難しいのでしょうか。
量子力学の奇妙な法則によれば、Discoverの上級著者であるFolgerは、電子、陽子、またはその他の亜原子粒子は「一度に複数の場所にある」と述べています。これは、個々の粒子が波のように振る舞うためです。人が共存する可能性のあるさまざまな状況です。
量子コンピューターの大きな問題は何ですか？あなたが大きなオフィスビルにいて、数百のオフィスの1つでランダムに選択されたオフィスに残されたブリーフケースを回収する必要があると想像してください。ブリーフケースを見つけるためにドアを1つずつ開けて建物の中を歩くのと同じように、通常のコンピューターは、答えに達するまで1から0までの大きな列を横切る必要があります。しかし、自分自身を検索する代わりに、建物内の部屋と同じ数の自分のコピーをすぐに作成でき、すべてのコピーを一度にすべてのオフィスに覗き見でき、ブリーフケースを見つけた人は誰でもあなたの本物になります。自己、残りはただ消えるでしょう。 -（David Freeman、発見）
オックスフォード大学の物理学者であるDavidDeutschは、この独特の現実に基づいて非常に強力なコンピューターを構築できる可能性があると主張しています。 1994年、ニュージャージー州のAT＆Tベル研究所の数学者であるPeter Shorは、少なくとも理論的には、完全に開発された量子コンピューターが最大数を数秒で計算できることを実証しました。これは、最速の従来型コンピューターでも不可能な成果です。量子コンピューターを構築する可能性についての理論と議論のエスカレーションは、現在、技術と研究のすべての量子分野に浸透しています。
そのルーツは1981年にさかのぼります。リチャード・ファインマンは、量子力学が行われるシステムをシミュレートしようとすると、物理学者は常に計算上の問題を抱えているように見えることを観察しました。原子、電子、または光子の振る舞いの計算は、今日のコンピューターでは膨大な時間を必要とします。 1985年にイギリスのオックスフォードで、DavidDeutschの理論に基づく量子コンピューターがどのように機能するかについての最初の記述が現れました。新しいデバイスは、今日のコンピューターを高速で追い抜くだけでなく、従来のコンピューターでは不可能だったいくつかの論理演算を実行することもできました。
この研究では、デバイスの実際の構造を調べ始め、ニュージャージー州マレーヒルにあるAT＆Tベル研究所の承認と追加資金提供により、新しいメンバーがチームに追加されました。 Peter Shorは、量子コンピューティングが整数の因数分解を大幅に加速できることを発見しました。これは、マイクロコンピューターテクノロジーへの単なる一歩ではありませんが、暗号化などの実際のアプリケーションへの洞察を提供する可能性があります。
「トンネルの終わりには、量子コンピューターがいつか現実になるかもしれないという希望があります」とモントリオール大学のジル・ブラッサールは言います。量子力学は、微視的レベルでの原子、電子、光子の振る舞いの記述に予想外の明快さを与えます。この情報は日常の家庭での使用には当てはまりませんが、私たちが見ることができるすべての物質の相互作用に確かに当てはまります。この知識の本当の利点は、まだ見られ始めたばかりです。
私たちのコンピューターでは、回路基板は1または0が異なる電気量で表されるように設計されており、一方の機能の結果が他方に影響を与えることはありません。しかし、量子論が導入されると問題が発生し、結果は2つの異なる現実に存在する単一の材料から得られ、これらの現実は重なり合い、両方の結果に同時に影響を及ぼします。ただし、これらの問題は、ポジティブな要素が相互に補強されている間に副作用がキャンセルされるように結果をプログラムできる場合、新しいコンピューターの大きな利点の1つになる可能性があります。
この量子システムは、方程式をプログラムし、その計算を検証し、結果を導き出すことができなければなりません。いくつかの可能なシステムが研究者によって調査されました。そのうちの1つは、磁場に閉じ込められた電子、原子、またはイオンの使用を含み、レーザー切断を使用して制限された粒子を正しい波長に励起し、2回目は粒子を復元します。基本的な状態です。一連のパルスを使用して、連立方程式で使用できるパターンに粒子を配置することができます。
MITのセスロイドによる別の可能性は、有機金属ポリマー（原子を繰り返すことによる一次元分子）の使用を提案しました。特定の個人のエネルギー状態は、チェーンの隣接する個人との相互作用によって決定されます。レーザーパルスを使用してポリマー鎖に沿って信号を送信すると、両端が2つの固有のエネルギー状態を生成します。
3番目の提案は、有機分子を結晶に置き換えることでした。結晶には、追加のパルスで処理できる特定の周波数で情報が保存されます。 2つの状態（時計回りまたは反時計回り）のいずれかで回転する原子核は、原子間力顕微鏡の先端でプログラムでき、表面を「読み取る」か、変更することができます。これは、もちろん「書き込み」部分の一部です。 。情報ストレージ。 「エッジの動きを繰り返すことで、最終的には任意の論理回路を作成できるようになります」とディヴィンチェンツォ氏は述べています。
しかし、これらの状態は、浮遊光子を含むすべてのものから完全に隔離されたままでなければならないため、この力には代償があります。これらの外部の影響が蓄積し、システムがコースから外れてしまい、向きを変えて後方に移動し、頻繁にエラーが発生する可能性があります。この現象を形作らないために、それを克服するための新しい理論が出現しました。 1つの方法は、エラーの可能性を減らすために計算を比較的短くすることです。別の方法は、別々のマシンに情報の冗長コピーを復元して、平均応答モードを取得することです。
これは間違いなく量子コンピューターの利点を放棄するため、AT＆T Bell Laboratoriesは、データの量子ビットを9つの量子ビットの1つにエンコードするエラー訂正方式を発明しました。 9つのうちの1つが失われた場合、渡された情報からデータを回復することが可能になります。これは、量子状態が送信される前に入る保護された位置になります。また、原子の状態は2つの状態で存在するため、一方が破壊された場合、各側に正反対の極性が含まれているため、原子の反対側の端を観察するだけで原子の状態を判断できます。
情報を送信するゲートウェイは、研究者が今日主に焦点を当てているものであり、この単一の量子論理ゲートウェイと、特定の機能を実行するためのその要素の配置です。このようなゲートは、1から0への遷移とその逆の遷移を制御できますが、別のゲートは2ビットを取り、両方が同じ場合は結果を0にし、異なる場合は1にすることができます。
これらのゲートは、磁気トラップに保持された一連のイオン、またはマイクロ波空洞を通過する個々の個人である可能性があります。この単一のゲートウェイは、来年または2年以内に構築される可能性がありますが、論理コンピューターが実用的であるためには、何百万ものゲートウェイが必要です。 NYUのTychoSleatorとUIAのHaraldWeinfurterは、量子論理ゲートを量子論理ネットワークを構築するための簡単なステップと見なしています。
これらのネットワークは、相互作用する一連のゲートウェイにすぎません。イオンを照射するレーザー光線は、ある量子状態から別の量子状態への遷移を引き起こします。これにより、直列で可能な集団運動のタイプが変化する可能性があるため、特定の周波数の光を使用してイオン間の相互作用を制御できます。これらの配列に付けられた名前は「量子ドット配列」と呼ばれました。これは、個々の電子が量子ドット構造に限定され、これらの整数の単純な加算から因数分解までの数学演算を実行するための情報をエンコードするためです。
「量子ドット」構造は、情報が処理される方法を制御する別の方法である、材料の小さな領域に閉じ込められた電子を壁が保持する小さな半導体ボックスの構築の進歩に基づいています。プロジェクトの主任研究者であるCraigLentは、正方形の中央に1つ、端に4つ、合計5つの量子ドットで構成されるユニットに依存していました。電子はどちらのサイト間でも運ばれます。
これらの要素を一緒に接続すると、新しい量子コンピューターが必要とする論理回路が作成されます。距離は、これらのユニットの列で構成される「バイナリワイヤ」を作成するのに十分であり、一方の端で状況が逆転すると、連鎖反応によって、今日のドミノが慣性を伝達するように、ワイヤに沿ってユニットのすべての状態が逆転します。 。そのような技術の影響についての憶測は、何年もの間議論され、夢見てきました。
彼らが主張する時点で、損害を引き起こす可能性のある点は、計算速度がセキュリティの取り組みを逆転させることができるということです。特に、アルゴリズムが些細な問題になるため、NSAデータ暗号化標準は役に立たなくなります。 。最後の部分に関しては、この夢の現実はテレビシリーズQuantum Leapに最初に登場しました。そこでは、Ziggyが言及されたときにこの技術が簡単に理解されます-彼が設計およびプログラムした並列ハイブリッドコンピューター-量子コンピューターの機能はこれらを反映していますシリーズのハイブリッドコンピュータ。
