حققت الحوسبة الكمومية قفزات كبيرة في السنوات الأخيرة. في الواقع ، بمجرد أن بدأت شركات التكنولوجيا الكبرى مثل IBM و Microsoft و Google في الاهتمام بها ، توقفت عن المتابعة نوعًا ما. ومع ذلك ، يستمر البحث في أساسيات الحوسبة الكمومية وهو ، بالنسبة لي ، أكثر إثارة للاهتمام من الإنجازات الهندسية للمختبرات التجارية (التي لا تزال هناك حاجة ماسة لها).
تماشيًا مع اهتماماتي ، عرضت مجموعة من الباحثين مؤخرًا أول ميمريستور كمي. قد تكون هذه خطوة حاسمة في جلب نوع من الشبكات العصبية عالية الكفاءة إلى عالم الحوسبة الكمومية بدون عدد كبير من الاتصالات الكمومية.
Memristors وإضافة الكم
يعود مفهوم memristor إلى سبعينيات القرن الماضي ، لكنه ظل لفترة طويلة مثل الجورب تحت الغسالة: منسي وضروري. الفكرة الأساسية هي أن التيار المتدفق عبر memristor لا يعتمد فقط على الجهد المطبق على المحطات ولكن أيضًا على القصة من الجهد المطبق. تبشر التطبيقات المادية لـ memristors بوعود كبيرة للحوسبة منخفضة الطاقة لأنه يمكن استخدامها لإنشاء ذاكرة موفرة للطاقة.
الميمريستور الكمومي ، عند النظر إليه في ضوء المعلومات الكمومية ، يكون أكثر تعقيدًا بعض الشيء. لا يحتوي الكيوبت ، الذي يخزن جزءًا واحدًا من المعلومات الكمومية في حالته الكمية ، بالضرورة على قيمة بت محددة جيدًا. فبدلاً من أن تكون صفرًا منطقيًا أو صفرًا منطقيًا ، يمكن أن تكون في حالة تراكب كمي. تُعرف قيمة الكيوبت فقط عندما نقيسها – يكشف القياس دائمًا عن واحد أو صفر. ال احتمالا للحصول على واحد منطقي (أو صفر) تحكمه خصائص التراكب الكمومي.
تتمثل مهمة الكمبيوتر الكمومي في تعديل هذه الاحتمالات برفق من خلال التفاعلات مع حالات التراكب الكمومي الأخرى حتى تتم قراءة النتائج.
فكر الآن في memristor في هذا الرسم التخطيطي. يجب أن يغير memristor الحالة الكمومية للكيوبت اعتمادًا على القيمة الكيوبتات السابقة. هذا يعني شيئين. أولاً ، يجب أن يحافظ الميمريستور على الخصائص الكمومية للكيوبت (وإلا فلن يمكن إجراء أي عملية أخرى). ثانيًا ، لتحديد حالته الداخلية ، يجب على memristor قياس كيوبت ، مما يمحو خصائصه. بمعنى ما ، هذا يعني أن memristor الكم المثالي لا يمكن أن يوجد (للإشارة ، هناك منظرين مستاءين من فكرة memristor الكلاسيكية ، لذلك هذه ليست منطقة جديدة).
تقسيم الفرق
لم يثن هذا التناقض من رادع الباحثين ، فقد تمكنوا من إنشاء ذاكرة كمومية. لنبدأ بجوهر الفكرة. تخيل أن لديك مرآة غير كاملة. إذا وجهت فوتونًا واحدًا من الضوء إلى المرآة ، فسوف ينعكس الفوتون عن المرآة أو ينتقل ، مع احتمال يعتمد على مدى انعكاس المرآة. لنفترض أنك عدت الفوتونات المرسلة واستخدمت هذا الرقم لتغيير انعكاس المرآة. هذا بالفعل يخلق memristor ، لكن ليس memristor الكم.
لإضافة النعيم الكمي ، نحتاج إلى تعديل التجربة قليلاً. نستبدل مصدر الضوء بمصدر يرسل حزمًا تحتوي إما على فوتون واحد أو لا تحتوي على فوتونات (حالة تراكب لفوتون واحد أو صفر). تحتفظ الحزم التي تنعكس بواسطة المرآة بحالة تراكبها ويمكن استخدامها في الحسابات المستقبلية ، بينما يتم قياس الحزم التي يتم إرسالها لتغيير انعكاسية المرآة. لدينا الآن ميمريستور كمي كامل: يتم تعديل احتمال انعكاس كيوبت مستقبلي بواسطة المرآة بواسطة جاري دولة كيوبت.
يعد تطبيق هذا في الممارسة العملية أكثر تعقيدًا بعض الشيء ، وقد استخدم الباحثون خصائص فوتون مختلفة من مجرد عدد الفوتونات. ومع ذلك ، فإن السلوك (والنموذج الرياضي) هو نفسه وعمل memristor الكمي كما هو متوقع.