Kvantarvuti tööpõhimõte:

Pööratav arvutusmudel, kus kõik arvutustehted on pööratavad ning kus ei kulu tänu sellele arvutamisele energiat.
``Kvantarvutid on pööratavad arvutid''.

Lingid:

Kvantarvutid
Kvantarvuti ja kvantkrüptograafia alused

Guide To Quantum Computing

Kvantarvutid - Infotehnoloogia tulevik ?

Juba varsti, loodetavasti selle sajandi jooksul, saate oma hirmaeglase arvuti vahetada millegi kiirema ja parema vastu. Palju kiirema ja palju parema - kvantarvuti - vastu.

Teooria: Igal aatomil või selle tuumal on teatav sisemine olek, mida nimetatakse spinniks. Aatom on kui väike lüliti, mis peab meeles kas numbri 1 või 0. Moodsaimal Pentiumi kiibil on loogikalüliteid 42 miljonit. Ent erinevalt Pentiumi ränilülititest suudab üksik aatom teha kaks arvutust korraga. Kaks aatomit saavad olla üheaegselt neljas olekus ehk teha nii mitu arvutust, kolm aga juba kaheksa rehkendust ühel ja samal hetkel. 10 aatomit suudavad teha juba 1024 arvutust ehk 2 astmes 10 arvutust korraga.

Ajalugu: Kvantarvutite võimaluse visandas esimeste seas Richard Feynman 1981. aastal. Ta juhtis tähelepanu, et tavaarvuti ei suuda eales jäljendada loodust kõigis selle detailides. Sest tavaarvuti töötab põhjuslikult, samal ajal kui loodus ilmutab kvantomadusi, mida pole kerge järele teha. Kvantprotsess võib jäljendada tavalist arvutamist, mitte aga vastupidi.

Esimene kvantloogikaelement ehitati 1995. aastal California Tehnoloogiainstituudis. See kujutas endast laserite ja peeglite süsteemi. Valgusvälked pandi mõjutama tseesiumi aatomite kimpu, nii et üks aatom oli vastastikmõjutuses parasjagu kahe footoniga. Footonite seisund väljundis sõltus nende seisundist sisendis.
Siis ehitati kvantloogikaelement berülliumi aatomitel, mis vangistati magnetvälja. Ning mõjustati neid laservälgetega .

Kuid selleks, et üldse mingit arvutust toimetada, peab üheskoos töötama mitmeid kvantlülitusi. 1998. aastal tuldi lagedale ideega rakendada kvantarvutuses tuumaresonantsi ideid. Kvantinformatsioon sisaldub aatomituumade seisundit näitavates spinnides. Spinnid on tundlikud magnetvälja suhtes. Magnetvälja muutmisel saab manipuleerida kvantinformatsiooni aatomtuumasid, nagu laserid manipuleerivad lõksustatud aatomite informatsiooni.

Probleemid ja võimalused: Üks kvantarvutite hoomamatu iseloomuomadus on, et need suudavad ise vigu ära hoida. Kvantmehaanika reeglite kohaselt käituvate osakeste vahel esineb side, vastastikmõju, kui kaugel need üksteisest ka ei asuks. Sellised nõndanimetatud põimolekud seovad omavahel näiteks viiest kvantbitist koosnevat arvutit. See tähendab, et kui üks kvantbittidest mingil kombel sassi läheb, saab selle õiget väärtus ülejäänud nelja abil taastada.

Tavaarvuti ei pea olema perfektne, küll aga kvantarvuti. Kvantarvuti peab olema ümbritsevast keskkonnast peaaegu täielikult isoleeritud. Tavaarvutites on nullide ja ühtede rida esitatud elektriliste pingetena selle ränilülitites. Need pinged ei pea olema lõputult täpsed. Kvantarvutuse elemendid on sellest täiesti erinevad. Nullilähedane olek ei ole kvantlüliti jaoks veel null, vaid koosneb ikkagi nullide ja ühtede segust. Tavaarvutis on loogikaelementideks ehk -lülitusteks pooljuhtidel töötavad rakud.

Tulevik: Kümmekond aastat tagasi oli kvantarvutus vaid intellektuaalne mäng. Nüüd on jõutud kiirete algkatsete ajastusse. Paljud märgid näitavad, et aju on oma tööviisilt kvantarvutile väga lähedane. Seega oleks kvantarvuti ka suur samm lähemale A.I. (tehisintelekti) loomisele. Sellele milleise lehekülje teaduse arengus avaksid kvantarvutite võimalused lahendab tulevik. Juba on õnnestunud teadlastel tuumaresonantsi meetodil läbi viia arvutus, milles osales seitse aatomit. Tuleviku plaanid on suurelised, on mida oodata.

Feynman, 1982:
teatud kvantsüsteeme ei ole põhimõtteliselt võimalik simuleerida klassikaliste arvutusmudelite abil ilma tööaja eksponentsiaalse kasvuta.

Moore'i seadus, kiirus:
2020. aastaks kulub ühe biti salvestamiseks üks aatom. Sellisel miniatuursuse astmel on vaja arvesse võtta kvanteffekte.
Seega, kvantmehaanika efektide arvestamine ei pruugi olla mitte ainult kasulik, vaid muutuda ka paratamatuks.

Moore'i seadus, energiakulu:
2020. aastaks kahaneb loogikaoperatsioonile (ntks ühe biti kustutamisele) kuluv energiavajadus suuruseni 1 kT, kus k on Boltzmanni konstant ning T on temperatuur.

Landaueri printsiip:
andmete kustutamisega kaasneb energiakulu. Andmeid kustutavad ka kõik mittepööratavad arvutused (näiteks loogiline AND kahe biti vahel)