Журнал «Юный техник» - Юный техник, 2007 № 06
Впрочем, не только Шор и Лойд, но и специалисты из других стран взялись за теоретические описания и создание подобных вычислительных систем. Сейчас предложены десятки разных вариантов; упомянем некоторые из них.
ЯМР-компьютер
Первый квантовый компьютер ученые создали, сами того не подозревая, указывает в одной из своих работ академик К.А. Валиев. Его «опытным образцом» стал импульсный ядерный магнитно-резонансный (ЯМР) спектрометр, о котором «ЮТ» не раз писал.
Дело в том, что в этом устройстве уже используются Q-биты (кубиты) — единицы измерения квантовой информации. Они представляют собой спины ядер, входящих в состав атомов, которые, в свою очередь, образуют исследуемую в ЯМР-спектрометре молекулу. Каждое ядро имеет свою частоту резонанса в магнитном поле, поясняет К.А. Валиев.
При воздействии импульсом на резонансной частоте одного из ядер оно начинает отзываться, словно рояльная струна, остальные же ядра «молчат». Для того, чтобы заставить отозваться второй атом, нужно дать импульс на другой частоте.
Иными словами, процессом вычислений можно управлять импульсами переменного магнитного поля. При этом в молекуле есть прямая связь между спинами, и потому она является идеальной заготовкой для квантового компьютера, а сам спектрометр — почти готовый процессор. Однако в настоящее время удается работать с системами, в которых не более 5–7 спинов, а их нужно не менее 100.
Общий вид квантового компьютера Orion.
Укрощение ионовДругой подход основан на использовании электромагнитных ловушек, в которых содержатся «подвешенные» в вакууме ионы. Первые ионные ловушки создали еще полвека назад, когда понадобился эталон времени для атомных часов; в таких часах колеблющиеся ионы играют роль маятников. Но для квантового компьютера одного иона недостаточно. Нужна, как минимум, сотня. Создание таких «многоместных» ловушек — задача непростая, но специалисты ее успешно решают.
Больше других преуспели в этом направлении ученые Инсбрукского университета в Австрии и сотрудники Лос-Аламосской лаборатории в США.
Принципиальная схема «ловушек» для кубитов.
Для квантового компьютера, напомним еще раз, нужна хотя бы сотня частиц. А в вытянутой цепочке, как показала практика, пока можно удержать максимум 30 ионов. При большем количестве одномерный кристалл теряет устойчивость — образуется «зигзаг», неустойчивая структура. Решить эту проблему ученые планируют, объединив несколько ловушек — скажем, по 10 частиц в каждой — в одну систему.
В дело — твердое тело
Третий подход — создать квантовый компьютер на твердом теле. Исследователи Физико-технологического института РАН (ФТИАНа) под руководством академика К.А. Валиева намерены создать квантовый компьютер на основе кремниевых микрочипов, подобных тем, которые использует традиционная микроэлектроника.
Через каждые 100 ангстрем в кристалл кремния внедряют атомы фосфора; этой операцией технологи прекрасно владеют уже сегодня. На таком расстоянии облака внешних электронов атомов фосфора пересекаются, и один атом может управлять электронами другого.
Над этими атомами располагают 50-ангстремные микроэлектроды. Изменяя напряжение на электроде, можно менять и резонансную частоту спина ядра атома фосфора. Получается структура, очень похожая на современный полевой транзистор: как бы те же затворы, только вместо тока — состояния атома. Причем наши физики предлагают работать не с одним, а сразу с серией атомов, действующих параллельно. Тогда на выходе сформируется сравнительно мощный сигнал, который легче регистрировать.
Обозримые горизонты
Пока же суд да дело, канадская фирма D-Wave Systems, объявившая о создании квантового компьютера Orion мощностью в 16 кубит, использовала в своем устройстве кольца из сверхпроводника с одним или двумя разрывами толщиной в нанометры. Эти разрывы заполняются диэлектриком. «В каждом кольце реализуется необычное квантовое состояние, когда токи текут одновременно и по, и против часовой стрелки», — сообщают создатели «Ориона».
Охлаждаемый до температуры кипения жидкого гелия (-273,145 °C) процессор выполнен из ниобия (металла-сверхпроводника) с использованием традиционной микроэлектронной технологии.
«Наш квантовый компьютер не будет узкоспециализированным вычислителем, ориентированным, к примеру, исключительно на криптографию, — подчеркнул Херб Мартин, заместитель главного исполнительного директора компании. — Это устройство широкого профиля пригодится в различных областях — от чистой математики до генной инженерии и создания лекарств»…
Впрочем, по мнению многих специалистов, 16 кубит — очень мало; вычислительные способности такого компьютера на уровне простого калькулятора. А вот 100 кубит уже достаточно, чтобы квантовый компьютер стал мощнее любой суперЭВМ.
Однако в ближайшем будущем квантовые компьютеры все же вряд ли вытеснят обычные. Работы хватит и тем и другим. «Мое видение будущего таково: в обычном компьютере появится специальный квантовый процессор, который будет использоваться для решения сверхсложных задач, — сказал академик Валиев. — А для всех остальных случаев достаточно традиционной электроники»…
Публикацию подготовил А. ПЕТРОВ
КОЛЛЕКЦИЯ ЭРУДИТА
Художники Возрождения пользовались оптикой
Художники эпохи Возрождения, в том числе и представители знаменитой фламандской школы живописи! при создании своих шедевров использовали последние достижения оптиков своего времени, пишет журнал «Нейчур». И приводит такие подробности.
Американские специалисты — дизайнер, художник и фотограф Дэвид Хокни, а также профессор физики Чарлз Фалко из университета штата Аризона в г. Тусоне — выдвинули гипотезу, согласно которой на рубеже XIV–XV столетий в живописи произошла своеобразная революция — на смену примитивному изображению окружающего мира появились картины, в которых присутствовала правильная геометрическая перспектива, почти идеальные пропорции, игра света и тени…
«Этим и многим другим достижениям живописцы того времени, в том числе и знаменитый Ян ван Эйк, обязаны использованию вогнутого зеркала и оптических линз, — полагает Чарлз Фалко. — С помощью нехитрых оптических систем художники получали отображение реального мира на холсте, которое затем обводили углем и раскрашивали в соответствии с натурой»…
Такое заявление вызвало бурю протеста в мире искусствоведов. Многие из них никак не могут согласиться, что столь любимые ими гении Возрождения вдруг превращаются в своего рода копиистов.
А вот физики отнеслись к подобному открытию довольно спокойно. Во-первых, потому, что профессор Фалко подтвердил свои выводы многочисленными наглядными примерами и математическими выкладками. Во-вторых, подобное предположение — уже не первое. Несколько лет назад уже выдвигалась гипотеза, что знаменитый Леонардо да Винчи при создании своих композиций прибегал к помощи своеобразной камеры-обскуры.
Более того, согласно одному из предположений знаменитая Туринская плащаница, на которой отпечатались лик и фигура Иисуса, на самом деле представляет собой одну из первых… фотографий, сделанных Леонардо.
Тем не менее, споры по этому поводу идут настолько яростные, что Дэвид Хокни и Чарлз Фалко были вынуждены смягчить свою позицию, сказав, что нельзя понимать все так буквально. Дескать, художники Возрождения не копировали целиком натуру с помощью оптических систем, а лишь частично, чтобы облегчить себе вырисовывание наиболее ответственных деталей. А все остальное изображали с натуры и по памяти, как это делают и современные живописцы.
«Впрочем, мы не видим ничего плохого в том, что технические достижения помогли прогрессу живописного искусства, — говорит профессор Фалко. — Ведь и сейчас художники зачастую используют фотографии изображаемых ими людей в качестве пособия в своей работе. Это ничуть не умаляет их мастерства».
СЕКРЕТЫ НАШИХ УДОБСТВ
Новинки TV
Мы настолько привыкли к телевидению, что порой не замечаем, как меняется со временем этот вид коммуникаций. Между тем, только за последнее время по данным информационного агентства CNET было обнародовано сразу несколько впечатляющих улучшений в этой области. И это повод поговорить о том, каким может стать телевизор в ближайшем будущем.
В трех измерениях
Международный производитель программного обеспечения ODD Group и компания Syntax-Brillian продемонстрировали на выставке телевизионного и компьютерного оборудования в Лас-Вегасе 32-дюймовый LCD-телевизор Olevia 532Н LCD HDTV, способный демонстрировать трехмерное изображение. Эффект объема создается за счет того, что экран этого телевизора покрыт специальным оптическим слоем Xpol, содержащим симметрично расположенные микрополяризаторы разработки японской компании Arisawa. Такое покрытие, тонкости технологии которого не раскрываются, позволяет просматривать как двухмерное, так и трехмерное стереоскопическое изображение без специальных очков.
