UN
Algoritmonell'informatica quantistica: un insieme di operazioni che devono essere eseguite per risolvere un problema
Tutte le illustrazioni dal libro di Alexei Kavokin
B
Combattere la decoerenza- uno dei metodi per correggere gli errori di calcolo prodotti dai computer quantistici. Quanto più efficace sarà la lotta, tanto più affidabili saranno i risultati degli algoritmi quantistici.
il
Funzione d'onda- una funzione che viene utilizzata in quantomeccanica per descrivere il cosiddetto "stato puro del sistema". Imposta la probabilità di trovare il sistema in un particolare stato. La misura quantistica porta al collasso della funzione d'onda: le probabilità di tutti gli stati, tranne uno, svaniscono.
G
Geometria, quantistica- un metodo per descrivere oggetti le cui dimensioni sono così piccole che concetti classici come traiettoria e velocità non sono più applicabili ad essi.
D
decoerenza— il processo di violazione della coerenza (costanzadifferenze di fase delle funzioni d'onda - “High-tech”) dei qubit come risultato dell'interazione del sistema con l'ambiente. In altre parole, la decoerenza è l’emergere dell’entanglement tra un sistema quantistico e il suo ambiente. È questo che è la fonte degli errori durante i calcoli. Per rallentarlo è necessario isolare i qubit e ridurre l’influenza di fattori esterni. In pratica, ciò si realizza, ad esempio, raffreddando i qubit a temperature ultra basse.
E
Capacità, quanto- una quantità definita come una variazione della carica elettrica rispetto a una variazione del potenziale elettrochimico. La capacità quantistica è anche chiamata capacità chimica o elettrochimica.
F
Liquido, quantisticoè un liquido le cui proprietà sono determinateeffetti quantistici. Un esempio di liquido quantistico è l'elio-II superfluido, un liquido con viscosità zero. L'elio superfluido penetra nei capillari arbitrariamente stretti.
Z
Castello, quantistico— configurazione del campo magnetico, fissaggiooggetto nello spazio tridimensionale. L'esempio più eclatante: levitazione di un magnete permanente sopra un superconduttore dovuta all'espulsione del campo magnetico da parte del superconduttore. L'effetto viene utilizzato nei treni a levitazione magnetica, come il treno più veloce del mondo, MAGLEV, che trasporta i passeggeri dall'aeroporto di Shanghai al centro della città.
E
Ioni- particelle caricate elettricamente formate a seguito della perdita o dell'acquisto di elettroni da un atomo o una molecola. Se la carica è positiva lo ione si chiama catione, se è negativa si chiama anione.
K
Computer quantistici- dispositivi informatici che utilizzanoil fenomeno della sovrapposizione quantistica di stati per la trasmissione e l'elaborazione dei dati. Le operazioni logiche nei computer quantistici vengono eseguite utilizzando qubit, che assumono un numero infinito di valori, a differenza dei bit di un computer classico, che assumono solo due valori possibili: “0” e “1”. Un circuito integrato quantistico consente di operare su tutti i possibili stati del sistema contemporaneamente, aumentando notevolmente la velocità delle operazioni. Ciò consente ai computer quantistici di risolvere problemi che implicano la scelta di una soluzione tra molte, in modo molto più efficiente rispetto ai computer classici.
Qubit- un analogo quantistico di un transistor.Questo è l'elemento più piccolo per la memorizzazione delle informazioni in un computer quantistico. Se un transistor memorizza un bit di informazione classico, che assume il valore “0” o “1”, allora un qubit memorizza un bit quantico di informazione, il cui valore può essere una combinazione lineare arbitraria di “0” e “1” .
quasiparticella— quanto di eccitazione elettronica nel cristallo.Le quasiparticelle più conosciute, elettroni e lacune, trasportano carica elettrica nei transistor semiconduttori. Una quasiparticella elettronica differisce da un elettrone, una particella elementare, in massa: è molto più leggera. La massa effettiva di una quasiparticella è determinata dalle proprietà del cristallo. I quanti di luce, i fotoni, passando attraverso il cristallo, formano quasiparticelle di “luce liquida” - polaritoni. Plasmoni, fononi, magnoni, eccitoni sono quasiparticelle che descrivono diversi tipi di vibrazioni in un cristallo. Una quasiparticella non lascia mai il suo cristallo.
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La trappola di Paul- uno dei tipi di trappole elettromagnetiche progettate per trattenere, rallentare e immagazzinare microparticelle cariche, in particolare ioni, per un certo tempo.
Vista schematica di una trappola ionica. Fonte: mipt.ru
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Matrice di densità- uno dei modi principali per descrivere uno statosistema quantomeccanico. Mentre la funzione d'onda è adatta solo per descrivere stati puri (vedi stato puro di un sistema), la matrice di densità è adatta per lavorare sia con stati puri che misti, compresi gli stati entangled, che sono importanti per le comunicazioni quantistiche.
Meccanica, quantistica- una branca della fisica teorica che descrivefenomeni fisici nel microcosmo. La meccanica quantistica fu creata all’inizio del XX secolo in risposta a diversi paradossi che la fisica classica non riusciva a spiegare. Ci sono ancora dibattiti sull'interpretazione filosofica della meccanica quantistica, alcune delle quali contraddicono l'immagine materialistica del mondo.
H
Incertezzanell'informatica quantistica, un principio cheafferma che è impossibile conoscere contemporaneamente sia l'esatta posizione che l'esatta velocità di una particella. Quindi, se capiamo dove si trova la particella in un dato momento, non possiamo determinarne la velocità. Se conosciamo la velocità, non possiamo determinare le coordinate. Il principio di indeterminazione è stato formulato dal fisico tedesco Werner Heisenberg.
oh
Volume, quantisticoÈ una caratteristica specializzata cheintrodotto da IBM per misurare la "qualità" dei computer quantistici. Il volume quantistico cresce solo con un aumento simultaneo del numero di qubit e una diminuzione del numero di errori quando si lavora su di essi. Ciò significa che non è sufficiente aumentare solo il numero di qubit: mantenendo il numero di errori, il volume non aumenterà.
Ottica, quantistica- una branca dell'ottica che si occupa dello studiofenomeni in cui si manifestano chiaramente le proprietà quantistiche della radiazione luminosa, compresa la radiazione termica e l'effetto fotoelettrico. L'ottica quantistica si basa sull'idea della luce come flusso di quanti: fotoni.
P
Polaritone- una quasiparticella di “luce liquida”.I polaritoni nascono dall'interazione dei quanti di luce, i fotoni, con gli stati eccitati del cristallo: eccitoni, fononi, plasmoni o magnoni. I polaritoni combinano le proprietà della luce con le proprietà delle particelle materiali.
Fonte: garyconklinglifenotes.wordpress.com
Superiorità- nell'informatica quantistica, è un'abilitài computer quantistici risolvono alcuni problemi in linea di principio più velocemente di qualsiasi computer classico. Con l'aumentare della complessità del problema, il tempo impiegato da un computer quantistico per risolverlo diventa molto più lento del tempo necessario per risolverlo per un computer classico.
R
Radiazione- la diffusione dell'energia sotto forma di radiazione.La radiazione è spesso intesa come radiazione ionizzante che può distruggere le cellule viventi. Recentemente, i fisici hanno scoperto che la radiazione accorcia il tempo di coerenza degli stati quantistici dei qubit superconduttori, il che significa che i computer quantistici basati su superconduttori devono avere una schermatura contro le radiazioni.
C
Simulatore, quantistico -sistema di calcolo quantistico miratorisolvere uno o più problemi simili. I simulatori quantistici sono in grado di simulare le proprietà e il comportamento dei sistemi quantistici reali. Funzionano senza l'ausilio di un meccanismo di correzione degli errori, consentendo di creare simulazioni utilizzando meno qubit di quelli necessari per un computer quantistico generico.
Sovrapposizionein teoria quantistica - una combinazione di proprietà di variostati quantistici di una particella (cioè stati con energie o velocità differenti). Una particella esiste simultaneamente in due o più stati finché l'atto di misurazione non la trova in uno degli stati. Quindi un esperto giocatore di nascondino si sposta silenziosamente da una stanza all'altra, nascondendosi ovunque allo stesso tempo finché non viene trovato in una delle stanze.
T
Effetto tunnel- la capacità di superare la microparticellapotenziale barriera. Un esempio di questo effetto può essere un kolobok che rotola lungo una strada pianeggiante e si avvicina a una collina. Nel mondo classico, un panino non può superare una montagna sufficientemente alta con la rincorsa. Nella realtà quantistica, ha la capacità di superare comunque un ostacolo, come se sfondasse un tunnel sotto una montagna.
Turing, Alan- eccezionale matematico inglese, creatoreprimo computer. Durante la seconda guerra mondiale, guidò un gruppo di scienziati che creò la "Bomba Turing", un computer che infranse il codice del sistema crittografico tedesco Enigma.
in
Computer quantistico universale- dispositivo informatico programmabile,basato sull’uso di algoritmi di calcolo quantistico. La sua caratteristica, a differenza di un simulatore quantistico, è la necessità di utilizzare una procedura di correzione degli errori quantistici. Ciò porta ad un forte aumento del numero di qubit nel processore di un computer e rende l'implementazione di un tale processore un compito tecnico estremamente difficile.
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Fotone- la particella elementare più comune inUniverso, quanto di radiazione elettromagnetica. Il fotone resiste all’interazione elettromagnetica, non ha massa né carica e si muove nel vuoto alla massima velocità possibile: la velocità della luce. I fotoni possono essere pensati come palloncini pieni d’acqua. Le onde sulla superficie dell'acqua trasportano informazioni sulla frequenza, fase e polarizzazione della luce. Questa informazione si può ottenere solo perforando la pallina, cioè distruggendo/assorbindo un fotone.
NS
Caos, quantistica- una branca della fisica che studia comei sistemi classici caotici possono essere descritti dal punto di vista della meccanica quantistica. Un sistema è considerato caotico se una piccola deviazione dal suo stato iniziale porta a cambiamenti radicali nella sua successiva evoluzione.
C
Colore, quantistico.Questo è un numero quantico, una delle caratteristiche dei quark e dei gluoni, particelle elementari. Il colore quantistico non ha nulla a che fare con il colore ordinario, cioè con la lunghezza d'onda della luce.
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Stato del sistema pulito- uno stato che può essere descritto da un'ondafunzione. Di norma, gli stati puri non vivono a lungo: vengono distrutti a causa dei processi di decoerenza. Gli stati quantistici entangled non sono puri.
NS
Schrödinger, Erwin- Scienziato austriaco, uno dei padri fondatorimeccanica quantistica. Ha proposto un esperimento mentale che dimostra la paradossale assurdità del principio di sovrapposizione quantistica. In una scatola chiusa vengono posti un gatto vivo e un dispositivo costituito da un contatore Geiger con all'interno una piccola quantità di sostanza radioattiva, una fiaschetta con veleno e uno speciale meccanismo. La probabilità che uno degli atomi radioattivi decada entro un'ora è del 50%. La disintegrazione di un atomo dovrebbe innescare un meccanismo che rompe il pallone con il veleno. Non appena la fiaschetta si rompe, il gatto muore. Finché la scatola è chiusa non sappiamo se il gatto è vivo o morto. Dal punto di vista della meccanica quantistica, è sia vivo che morto. Solo la misurazione (aprendo la scatola) proietta lo stato quantistico del gatto sulla base classica: il gatto è vivo o è morto.
NS
EmulatoreÈ un programma che ti permette di giocareproprietà dei sistemi per il calcolo quantistico su computer classici. Grazie agli emulatori, possiamo esplorare il potenziale della tecnologia di calcolo quantistico: dimostrare algoritmi, provare tecniche di soppressione degli errori e codici di correzione degli errori quantistici.
Eccitone -quasiparticella composta da altre duequasiparticelle: una lacuna carica positivamente e un elettrone carico negativamente. Un eccitone ha la stessa struttura a livello energetico di un atomo di idrogeno. A differenza degli atomi di idrogeno, gli eccitoni sono instabili. La loro durata, di regola, non supera un miliardesimo di secondo. Scomparendo, gli eccitoni trasferiscono la loro energia ai quanti di luce: i fotoni.
NS
L'esperienza di Jung- L'esperimento di Thomas Young è consentitodimostrare l'interferenza e la diffrazione della luce - fenomeni che servirono come prova della validità della teoria ondulatoria della luce. Successivamente, questo esperimento è stato ripetuto per un flusso di elettroni. Le misurazioni hanno mostrato che sia la luce che la materia possono mostrare le proprietà sia delle onde che delle particelle.
SONO
Linguaggio di programmazione quantistica- uno speciale linguaggio di programmazione che dàla capacità di descrivere algoritmi quantistici per la risoluzione di vari problemi. Attualmente esistono diversi linguaggi di programmazione quantistica, tra cui QPL, QCL, QML simile a Haskell, Quipper, Q#, Q, qGCL, cQPL.
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