Quanten-Computern möglicherweise höhere "Speed Limits" als gedacht
24. März 2017
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NIST Untersuchungen zeigen, dass die Geschwindigkeit der Quantencomputer
kann nicht durch die Energie des zugrunde liegenden physikalischen
Systems für Betrieb des Computers begrenzt werden.
Credit: N. Hanacek/NIST und © Scanrail1/Atlaspix/Ssuaphotos/Shutterstock
Wie schnell wird ein Quantencomputer berechnen können? Während noch
gebaut werden, ein Theoretiker an das National Institute of Standards
and Technology (NIST) gezeigt hat, dass, wenn sie realisiert werden
können, möglicherweise weniger Grenzen, ihre Geschwindigkeit als voll
funktionsfähige Versionen von diese lang ersehnte technologische Wunder
haben zuvor streckte.
Die Ergebnisse – beschrieben als ein "Gedankenexperiment" von der NIST
Stephen Jordan – sind über einen anderen Aspekt der Quantencomputer
Geschwindigkeit als eine andere Gruppe von NIST-Forscher vor etwa zwei
Jahren erforscht. Während die bisherigen Erkenntnisse betrafen wie
schnell Reiseinformationen können zwischen zwei Switches in den
Prozessor eines Computers, behandelt Jordans neue Papier wie schnell
dieser Schalter von einem Zustand zum anderen wechseln können.
Die Rate von Spiegeln ist gleichbedeutend mit "Taktfrequenz" der
herkömmlichen Prozessoren. Um Berechnungen zu machen, sendet der
Prozessor mathematische Anweisungen bekannt als logische Operationen,
die die Konfigurationen der Schalter ändern. Heutige CPUs Taktraten in
Gigahertz, gemessen haben bedeutet, dass sie ein paar Milliarden
elementare Logik-Operationen pro Sekunde durchführen können.
Weil sie die Macht der Quantenmechanik, ihre Berechnungen zu nutzen,
müssen Quantencomputer unbedingt sehr unterschiedliche Architekturen als
heutige Maschinen. Ihre weichen, Quantenbits oder "Qubits," genannt
werden mehr als nur eine 1 oder 0, vertreten zu können, wie herkömmliche
Prozessoren tun; Sie werden mehrere Werte gleichzeitig vertreten zu
können, geben sie Kräfte, die herkömmliche Computern nicht besitzen.
Jordaniens Papier wendet sich langjährige Rückschlüsse auf was
Quantenzustände über Taktfrequenz implizieren. Nach der Quantenmechanik,
die Rate, an dem ein Quantenzustand ändern können – und daher die Rate,
an dem ein Qubit kippen kann – beschränkt sich durch wieviel Energie es
hat. Während Jordan diese Erkenntnisse um gültig zu sein glaubt, haben
mehrere nachfolgende Veröffentlichungen im Laufe der Jahre argumentiert,
dass sie auch bedeuten, dass ein Limit, wie schnell ein Quantencomputer
im Allgemeinen berechnen kann.
"Auf den ersten Blick scheint dies ziemlich plausibel,", sagte Jordan.
"Wenn Sie weitere logische Operationen durchführen, ist es sinnvoll, die
Ihre Schalter weitere Änderungen durchlaufen müssten. In konventionelle
und Quanten-computing-Designs, jedes Mal, wenn eine logische Verknüpfung
auftritt"– machen ihre Schalter drehen –"der Computer Hopfen zu einem
neuen Zustand."
Mit Hilfe der Mathematik von Quantensystemen, Jordan zeigt, dass es
möglich ist, einen Quantencomputer zu entwickeln, der nicht über diese
Einschränkung verfügt. In der Tat, mit dem richtigen Design, sagte er,
der Computer "könnte eine beliebig große Anzahl von logische Operationen
ausführen während nur hopping durch eine konstante Anzahl von
verschiedenen Staaten."
Counterintuitively, in solch einem Quantencomputer könnte die Anzahl der
Logik durchgeführten pro zweite erheblich größer als die Rate an dem
jedes Qubit gekippt werden kann. Dadurch könnten Quanten-Computern, die
dieses Design zuvor vorgeschlagenen Geschwindigkeitsbegrenzungen zu
brechen zu umarmen.
Welche Vorteile könnte diese schnellere Taktrate gewähren? Eines der
primären Anwendungen vorgesehen für Quantencomputer ist die Simulation
anderer physikalischer Systeme. Die theoretische Höchstgeschwindigkeit
auf Taktrate wurde gedacht, um eine Obergrenze auf die Schwierigkeit
dieser Aufgabe zu stellen. Jedes physikalische System, das Argument
ging, könnte als eine Art Computer betrachtet werden – mit einer
Taktfrequenz von dem System Energie begrenzt. Die Anzahl der Taktzyklen
benötigt, um das System auf einem Quantencomputer simulieren sollte die
Anzahl der Taktzyklen vergleichbar sein, das ursprüngliche System
durchgeführt.
Aber entdeckte diese neu Lücken, die rechnerische Höchstgeschwindigkeit
sind ein "zweischneidiges Schwert". Wenn Energie nicht die
Geschwindigkeit eines Quantencomputers einschränkt, können
Quantencomputer physikalischer Systeme größere Komplexität als bisher
angenommen simulieren. Aber Energie begrenzt nicht die Komplexität der
Berechnung des natürlich vorkommenden Systeme entweder, und dies könnte
erschweren ihnen auf Quantencomputer simulieren.
Jordan sagte, dass seine Ergebnisse bedeuten nicht, dass es keine
Grenzen, wie schnell ein Quantencomputer denkbar berechnen kann, sondern
dass diese Grenzen von anderen Aspekten der Physik als lediglich die
Verfügbarkeit von Energie ableiten.
"Zum Beispiel, wenn Sie berücksichtigen Konto geometrische
Abhängigkeiten, wie wie dicht Sie Informationen zu packen und ein Limit,
wie schnell Sie Informationen (nämlich, die Geschwindigkeit des Lichts),
zu übertragen, dann denke ich, dass Sie mehr solide Argumente treffen
kann," sagte er. "Das wird Ihnen sagen, wo die tatsächlichen
Rechengeschwindigkeit liegen Grenzen."
Aufsatz: S.p. Jordan. Schnelle Quantenrechnen bei beliebig niedrigen
Energien. Physical Review A, 6. März 2017 veröffentlicht. DOI:
10.1103/PhysRevA.95.032305
(Link ist externe)
.
Informations-und Telekommunikationstechnologie , Mathematik & Statistik
und Quanten-Informatik
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Charles.Boutin@NIST.gov
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(301) 975-4261
Organisationen
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Abteilung für angewandte und numerische Mathematik
Informatik und Kommunikation-Theorie-Gruppe
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Erstellt 24. März 2017, aktualisiert 24. März 2017
https://www.nist.gov/news-events/news/2017/03/quantum-computers-may-have-higher-speed-limits-thought
.
