CC BY
25
теоретического материала лабораторного практикума. Такие программные средства позволяют не только уменьшить временные затраты, но и в полной мере охватить необходимый материал.
Использованные источники:
1. Э. Желнин, В. А. Кудинов, Е. С. Белоус. Преимущества и недостатки тестирования в сравнении с другими методами контроля знаний. - Курский государственный университет, 2012, 3 стр.
2. Борзых Е.А., Разработка заданий в тестовой форме - ФГОУ СПО «Оренбургский государственный колледж», 2009 г. -18с.
Мальцева Е.Г. студент 2 курса магистратуры кафедра института инженерных технологий и естественных наук
Белгородский государственный национальный исследовательский университет Чашин Ю.Г., к.т.н. научный руководитель ФГАОУ НИУ БелГУ Российская Федерация, г. Белгород ЗНАКОМСТВО С КВАНТОВЫМИ КОМПЬЮТЕРАМИ Аннотация: Обзор квантовых компьютеров, предполагаемый способ работы с новой технологией, а так же возможные пути развития. Изучение технологии кубит, позволяющей запрограммировать квантовый компьютер. Ключевые слова: Квантовый копьютер, кубит, quantum bit. На сегодняшний день многие вычисления или решения сложных задач мы проводим на вычислительных аппаратах, а именно компьютерах. Они позволяют не только быстро получить необходимый результат, но и верное решение. Но с развитием общества и мира в целом, необходимы более мощные вычислители, которые смогут за доли секунды обработать большой объем информации и прийти к верному значению.
Поэтому в данный момент все более актуальным становиться изучение и возможность создания квантового компьютера, который сможет очень быстро оптимизировать информацию с большим объемом данных, которую мы накапливаем, но пока не понимаем, как использовать.
Квантовый компьютер - это вычислительное устройство, которое работает по средствам квантовой суперпозиции и запутанности для передачи и обработки данных. Но на данный момент, компьютеры находятся лишь в стадии разработки, поэтому точно не известно посредствам каких технологий данные устройства смогут достигать большой мощности и производительности.
Классический компьютер работает с помощью транзисторов, которые принимают информацию в виде нулей и единиц, то есть в виде бинарного кода. Квантовым аналогом обычного бита, является кубит. Это квантовая частица, имеющая два базовых состояния, которые обозначаются 0 и 1 или,
как принято в квантовой механике. Двум значениям кубита могут соответствовать, например, основное и возбужденное состояния атома, направления вверх и вниз спина атомного ядра, направление тока в сверхпроводящем кольце, два возможных положения электрона в полупроводнике [1]. При любом изменение состояния, кубит случайно переходит в одно из своих собственных состояний, причем исследуя множество кубитов, можно предугадать каким было его исходное состояние. Так как кубиты могут быть связаны между собой, то любое изменение над одним из них, приводит к согласованному изменению других. Поэтому можно сказать, что множество кубитов, представляет собой квантовый регистр, он намного информативнее обычного регистра битов. Помимо того, что квантовый регистр может находиться во всевозможных комбинациях, он так же может выражать зависимости составляющих его битов. Исходя из этого, с помощью кубитов и квантового регистра, можно создать компьютер, который сможет параллельно обрабатывать и решать поставленные задачи на уровне физического устройства, единственной проблемой является получить конечный результат.
В теории существует упрощенная схема вычислений на квантовом компьютере. Она заключается в том, что берется система кубитов, которая хранит в себе начальные состояния. Далее состояние всей системы или ее отдельной части изменяется с помощью унитарных преобразований, которые выполняют необходимые логические операции. В конце происходит изменение значения, что и является результатом. Если для понимания все перенести на классический компьютер, то роль провода обычного компьютера представляют собой кубиты, а логические блоки это унитарные преобразования. Данная концепция была представлена Дэвидом Дойчем в 1989 году [2].
Пользуясь данной схемой можно предположить, что чем больше операций в алгоритме квантового компьютера, тем больше будет вероятность правильного результата. Так как многие классические компьютеры основаны на работе логических элементов, работу которых можно стимулировать с помощью базовых квантовых операций, можно с уверенностью сказать, что любую задачу, которая сейчас решена, квантовый компьютер выполнит за такое же время что и обычный.
Преимущества квантового компьютера перед классическим заключаются в следующем. Большая часть современных ЭВМ работают по такой же схеме: n бит памяти хранят состояние и каждый такт времени изменяются процессором. В квантовом случае система из n кубитов находится в состоянии, являющимся суперпозицией всех базовых состояний, поэтому изменение системы касается всех 2n базовых состояний одновременно.
Одним из главных известных применений квантового компьютера является криптография. Благодаря большой скорости разложения на простые множители, компьютер позволит расшифровать сообщения, зашифрованного с помощью алгоритма RSA. Данный алгоритм считается одним из самых
надежных. С помощью существующих компьютеров данная задача почти невыполнима, но при использовании алгоритма Шора и квантового компьютера была бы осуществима. Другая сфера применения, это принятие каких-либо логических решений и интеллектуальная деятельность. Так же существуют теории о том, что квантовые компьютеры послужат созданию искусственного интеллекта.
Несмотря на то, что квантовые компьютеры считаются еще не реализованными, компания D-Wave Systems заявляет, что сумела создать устройство, чья производительность в 600 раз превышает показатели обычного компьютера. D-Wave 2X это третий квантовый компьютер, созданный компанией, причем данная модель содержит тысячу кубитов, что в два раза больше, чем в предыдущей модели. Несмотря на сомнения со стороны программиста Матииаса Тройера, о том, что данная производительность и тестирование устройства преувеличены, данная модель была выкуплена Google для дальнейшего усовершенствования.
После нескольких доработок компания Google выпустила эмулятор квантового компьютера, который позволяют любому желающему попробовать реализовать какие-либо вычисления на новой технологии посредствам нового языка qScript. Данная среда получила название Quantum Computing Playground. Данный инструмент помогает изучить особенности квантовых алгоритмов, а так же используя графический интерфейс, имитирующий GPU-ускоренный компьютер, писать свой программный код, отлаживать его и запускать прямо в среде браузера, не устанавливая какого -либо программного обеспечения.
К сожалению, при нескольких запусках одного и того же кода, пользователь может получить разные результаты. Дело в том, что в основном квантовые алгоритмы являются вероятностными, но не детерминированными. Так же сложность в пользовании данной средой заключается в том, что для работы с эмуляцией, пользователь должен разбираться в основах квантовой механике и разработкой программного обеспечения, иначе при пользовании системой у него могут возникнуть трудности.
Таким образом, возможно уже через несколько лет будет создан первый полноценный квантовый компьютер, который позволит решать задачи, не получившие конечного результата в данный момент.
Использованные источники:
1. Квантовый_компьютер [Электронный ресурс] // Википедия. Свободная энциклопедия. - Режим доступа: http://ru.wikipedia.org/wiki/
2. Ручкин В.Н., Романчук В.А., Фулин В.А. Естественный параллелизм квантовых компьютеров и нейровычислителей / Ручкин В.Н., Романчук В.А., Фулин В.А. - Рязань: Вестник Рязанского государственного университета им. С.А. Есенина, 2013. - №2 39с.
