量子コンピューターの組織とアーキテクチャ

Question

量子プロセッサと一緒に使用されるデバイスとその相互接続は何ですか？キャッシュ、RAM、現在のコンピューターのディスクなどのハードウェアデバイスと互換性がありますか？

Answer 1

あなたが現在のコンピューターと呼んでいるものは、 Von Neumann Architecture. 。このアプローチは、古典的な計算について考える多くの方法の1つであり、他にもあります 量子コンピューティングに関連する一般化を持っているかもしれないし、そうでないかもしれない古典的なアプローチ. 。フォンノイマンアーキテクチャはあるようです 量子コンピューティングに関連する可能性は低い, 、理論的側面と実装側の両方からの困難のためです。

しかし、iとして CS理論について言及されています あります 記事 Quantum von Neumannアーキテクチャの実装について。彼らはこれを超伝導キュービットを介して行いますが、もちろん実装は非常に小さく、2つの超伝導キュービット、量子バス、2つの量子メモリ、2つのゼロ登録登録の7つの量子部品のみが非常に小さくなります。これにより、量子CPUはキュビットで1、2、および3 quitゲートを実行でき、メモリにより（データ）キュービットを書き込み、読み取り、ゼロにすることができます。ゲートの量子重ね合わせを実装することは非常に困難であるため、プログラムは古典的に保存されます。

実装される量子コンピューティングの可能性のあるモデルには、測定ベース、トポロジー、および断熱モデルが含まれます。これらのモデルの典型的な実装は、コンピューターよりも物理実験（それらは！）のように見えます。実装の一般的な戦略には、トラップされたイオン、量子光学、および超伝導回路が含まれます。

回路アプローチはチップに配置されています。 D-Wave （バンクーバーのUBCからのスピンオフ）は、Adiabaticモデルを使用して量子シミュレーションアニーリングを実装して量子様コンピューターを構築したと主張しています。彼らはなんとかしています このコンピューターをロッキードマーティンに販売してください しかし、彼らのアプローチは満たされています 激しい懐疑論.

最後に、@Rangが言及したNMRアプローチ。興味深いですが、完全な量子コンピューティングと同等ではないと疑われています。それはに相当します ワンクリーンキットモデル （DQC1とも呼ばれます）、完全な量子コンピューティングよりも厳密に弱いと疑われています。

Answer 2

あまり。 Quantum-Computersは処理できる必要があります 量子ビット（qubits） 「クラシック」ビットではなく。

現在のデバイス（RAMS、DISK）は、今日のテクノロジーを使用して古典的なビットを維持します。たとえば、高電圧のメモリセル（たとえば、コンデンサ）は、「ビット値」1 "を「保持」します。電圧が低い場合、ビットは「0」です。

キュービットは、非常に小さな「粒子」を介して「実装」されます。光子、原子、小分子、およびそれらの「状態」（エネルギーレベルなど）は「値」です。たとえば、コンデンサを介して保存することはできません。

ただし、量子コンピューターには間違いなく「クラシック」パーツがあります（2つのコンピューターが接続されているなど、1つはクラシックと1つの量子です。計算を行う必要がある場合、古典的な部分がアクティブになります。量子効果が必要な場合、量子部分はアクティブになります）。したがって、Quantum-Computerは、標準のRAM、ディスク、その他の量子デバイスを使用します。

量子デバイス自体の場合：これは実装に大きく依存します。光学デバイスは、光子の操作に使用されます。 NMRコンピューター 巨大な磁石などが必要です（私は実装に本当に精通していませんが、ウィキペディアには最初にいくつかの例があるようです）。