Объясните квантовые вычисления

[_alex__]

Долгое время пытаюсь разобраться в принципе квантовых вычислений. Пересмотрев много разного материала так и не понял.
Приведу такой пример.
Рассмотрим элементарный электронный вычислитель на основе физических процессов электромагнетизма. т.е. вся современная электроника.

Допустим надо перемножить два однобитных числа. Представляем эти числа в виде физической виличины-напряжения.
Подаем эти напряжения на электронные ключи соединенные последовательно.
На выходе получаем результат перемножения в виде отсутствия или присутствия определенного уровня напряжения.
Все просто и понятно.

Может кто-то по такой же схеме объяснить принцип квантового вычислителя?

1)В каких физических величинах представляем исходные переменные, как происходит вычисление, и в какой физической величине
снимаем результат?
2)Привидите если можно пример физической системы на которой можно вычислять с помощью кубитов и что именно можно вычислять.

[arseniiv]

_alex__ в сообщении #1220541 писал(а):

Допустим надо перемножить два однобитных числа. Представляем эти числа в виде физической виличины-напряжения.
Подаем эти напряжения на электронные ключи соединенные последовательно.
На выходе получаем результат перемножения в виде отсутствия или присутствия определенного уровня напряжения.
Все просто и понятно.

Ничего не понятно. Нарисуйте схему. (Т. к. кажется, что вы что-то путаете.)

[Dmitriy40]

Да не, всё правильно, для однобитных чисел операцией умножения будет функция логическое И, одна из реализаций которой и есть два соединённых последовательно управляемых ключа (ну, желательно и с подтяжкой выхода к земле, но это уже частности, их тут ещё много пропущено).
Вот только мне кажется квантовый кубит может перемножать не только однобитные числа, а и многобитные ... И не только перемножать, а вообще "вычислять за раз" произвольную функцию ... Я бы тоже почитал популярное изложение принципов.

[arseniiv]

Dmitriy40 в сообщении #1220770 писал(а):

два соединённых последовательно управляемых ключа

У ТС не написано «управляемых». (Мне на одинарном слове «ключ» сразу представляется такой рубильничек, которым управляет чья-то рука. Конечно, к ней можно подвести напряжение…)

Кстати, могу кинуть книгой Aaronson S. Quantum Computing since Democritus (2013), но не знаю, насколько хорошая, не совсем читал. Это вроде как раз популярное введение.

[Dmitriy40]

arseniiv в сообщении #1220864 писал(а):

У ТС не написано «управляемых».

Написано:

_alex__ в сообщении #1220541 писал(а):

Подаем эти напряжения на электронные ключи

подразумевается подача напряжений именно на управляющий вход ключа. Остальное - детали, тут не описанные, а их ещё много. Ну недостаточно ясно написано, что ж теперь.

Dmitriy40 в сообщении #1220770 писал(а):

Вот только мне кажется квантовый кубит может перемножать не только однобитные числа, а и многобитные ...

Тут я ошибся, не может.
Зато может другое: за один проход вычислений любой функции проверить все возможные входные состояния всех входных переменных и получить ответ на вопрос "какая входная комбинация даст вот такой то результат?". Классической системе придётся проверять каждую входную комбинацию отдельно. Для одного-двух битов это несложно, но если входной вектор измеряется десятками битов ($L$), то вычислять сложную функцию $1$ раз или $2^L$ раз - разница по времени кардинальна.

[arseniiv]

Dmitriy40 в сообщении #1220871 писал(а):

Ну недостаточно ясно написано, что ж теперь.

Ладно, будем считать тот мой пост перебором.

[Nemiroff]

Dmitriy40 в сообщении #1220871 писал(а):

Зато может другое: за один проход вычислений любой функции проверить все возможные входные состояния всех входных переменных и получить ответ на вопрос "какая входная комбинация даст вот такой то результат?". Классической системе придётся проверять каждую входную комбинацию отдельно. Для одного-двух битов это несложно, но если входной вектор измеряется десятками битов ($L$), то вычислять сложную функцию $1$ раз или $2^L$ раз - разница по времени кардинальна.

Только результат целиком извлечь не получится.

[AnatolyBa]

_alex__ в сообщении #1220541 писал(а):

Пересмотрев много разного материала так и не понял

Хотелось бы, чтобы автор вопроса несколько конкретизировал, что именно не понятно.
Если проблемы с квантовой механикой - советую книгу Иванова "Как понимать квантовую механику".
Более подробно - вот валяется у меня книга - Чивилихи. Квантовая информатика. Учебное пособие. По моему достаточно популярно все изложено.

[_alex__]

самое важное, что в электронных вычислениях входные и выходные значения представляются в виде напряжений или токов.
а вычисления производятся с помощью суммирования или вычитания напряжений(токов). упрощенная суть такая.

и вот по квантовым вычислениям мне не понятно:
1) в каких физических виличинах мы подаем исходные значения и вообще в какой системе счисления
2) физический процесс вычисления, как подаются данные на кубиты и как снимается результат
3) в какой физической виличине снимаем результат

[Dmitriy40]

_alex__ в сообщении #1220964 писал(а):

в электронных вычислениях входные и выходные значения представляются в виде напряжений или токов.

Кстати не всегда, может быть любой процесс, например изменение ёмкости или индуктивности или сопротивления. Но для простоты да, напряжение или ток.

[AnatolyBa]

Для широкой публики (к которой в данном случае причисляю и себя) квантовые вычисления пока не вышли на уровень конкретики.
Пока это можно изучать как математическую теорию в основе которой лежит некое абстрактное понятие - кубит.
В качестве примеров реализации кубита обычно приводят электрон со спином или поляризованный фотон. Более интересный (и вроде бы реально изготовленный) пример - кубит на основе сверх-проводящей петли https://en.wikipedia.org/wiki/Flux_qubit
Еще - слышал о молекулярных цепочках составленных из атомов со спином и помещенных в магнитное поле.
Как задаются исходные значения и снимаются результат - зависит от реализации кубита. По ссылке, которую я указал можете (очень схематично) познакомиться, как это сделано для сверх-проводящего варианта. Для молекулярных цепочек используются методы магнитного резонанса (спины разные и воздействуя определенной частотой можно изменять состояние индивидуального атома).

[_alex__]

AnatolyBa в сообщении #1221001 писал(а):

Для широкой публики (к которой в данном случае причисляю и себя) квантовые вычисления пока не вышли на уровень конкретики.
Пока это можно изучать как математическую теорию в основе которой лежит некое абстрактное понятие - кубит.
В качестве примеров реализации кубита обычно приводят электрон со спином или поляризованный фотон. Более интересный (и вроде бы реально изготовленный) пример - кубит на основе сверх-проводящей петли https://en.wikipedia.org/wiki/Flux_qubit
Еще - слышал о молекулярных цепочках составленных из атомов со спином и помещенных в магнитное поле.
Как задаются исходные значения и снимаются результат - зависит от реализации кубита. По ссылке, которую я указал можете (очень схематично) познакомиться, как это сделано для сверх-проводящего варианта. Для молекулярных цепочек используются методы магнитного резонанса (спины разные и воздействуя определенной частотой можно изменять состояние индивидуального атома).

Содержательный ответ, спасибо.
А можно ли квантовые вычисления интерпретировать еще так?
Берем некие наноразмерные объекты с известными квантово-механическими параметрами.
Сближаем их что б они вступили во взаимодействие.
Квантово-механические параметры получившейся системы и отражают результат вычисления.

[AnatolyBa]

Это какая-то слишком общая интерпретация. Почти ко всему подходит. И не отражает главного, из-за чего такой интерес к квантовым вычислениям.
А главное это параллелизм вычислений. Который при том необыкновенно возрастает при росте числа кубитов.
И эту особенность можно изучать на абстрактном уровне, не вдаваясь в подробности реализации

[_alex__]

Главным преимуществом квантовых вычислений называют распараллеливание вычислений с помощью кубитов, которые как бы принимают
множество состояний одновременно.

Какие именно вычисления поддаются такому распараллеливанию? Вычисления чего?
Алгоритм Шора, что еще?

[AnatolyBa]

Не знаю. Пишут много всякого неправдоподобного. Меня лично алгоритм Шора не интересует (не любопытны мне чужие секреты). А вот всякие вещи связанные с искусственным интеллектом - это интересно. Распознавание образов на основе обучения, принятие решений на основании опыта и т. д.
Но что говорить, младенец то еще в колыбели. А может и не родился еще.