99.10. КВАНТОВЫЕ ВЫЧИСЛЕНИЯ

 
  THIS SECTION IS UNDER CONSTRUCTION  
 

 
  THIS SECTION IS UNDER CONSTRUCTION  
 



	Максимизация плотности вычислений (на единицу объема)
	Минимизация тепловыделения

Если вычисления стирает один бит информации то при этом выделяется
энергия по меньшей мере
	E = ln(2) * k * T
	k - константа Больцмана
	T - температура


  Классика:
	вычисления идут только в точках стабильного сигнала
  Квантовые:
	вычисления идут не только в точках стабильного сигнала
	
	состояния имеют ненулевую амплитуду во многих местах
	в одно время (квантовый паралелизм)

C-bits
	{0,1}
	Irreversible
	Reversible


Reversible Logic
	логически:  информация остается
		(например AND не reversible - кушает информацию).
	физически:  сколько сигналов ввели - столько и вывели
		    (в смысле состояний 0/1, т.е. нигде ничего не  вводили/
		    выводили

	Irreversible логические элементы - рассевивают мощность в окружение.
	потому что у них связи с source и sink

  

  


  

  




  
  Топология квантовых вычислений 
 


Квантовые вычисления
	не могут быть копированы (no fun-out)
	не могут быть стерты (no fun-in)
	количество выходных линий = количеству входных линий 


т.е. вычисления идут как обмен сигналов
     данные идут векторами это q-bits (кубиты) - например пара {A, A#}

Позволяются только линейные структуры с линейными логическими элементами
Циклы не позволяются

  


Плохая:
  


  

  




  
  Reversible элементы 
 

Могут реализовываться на основе квантовых элементов, оптических элементов
или CMOS.




  
  NOT 
 
  





  
  CNOT 
 
CNOT  (Controlled NOT) (Reversible XOR)
  


COPY  CNOT(X,0) = (X,X)
на самом деле копирование не полное. Копируются только строго определенные
состояния кубита 0 или 1.




  
  CCNOT 
 
CCNOT (Controlled-Controlled NOT) (Toffoli gate)
  



AND   CCNOT(X1, X2, 0) = (X1, X2, X1 AND X2)
  

  





  
  SWAP 
 
В квантовой логике мы платим за пересечение проводников
  




  
  CSWAP 
 
(CSWAP - Controlled SWAP)
Fredkin gate
  

  





  
  Полусумматор 
 
  




  
  Полный сумматор 
 
  




  
  Квантовые основы 
 

  


  


  

  


Кубит:
Qubit (Quantun-bit)
  


Сфера Блоша (Bloch)
  




2-кубиты
  

  





  
  Квантовые элементы 
 

  





  
  H (Квадратный корень из NOT) 
 
  


Оптическая имплементация H и пример NOT:
  





  
  X (NOT) 
 
  

  

  





  
  Y 
 
  




  
  Z 
 
  

  




  
  Phase Shift 
 

  




  
  Rotate 
 
  




  
  Сложные квантовые элементы 
 

Упрощение сложных функций:
U = V^2
  


U = V^4
  




Более сложные примеры: