Pokročilé architektury počítačů (PAP_16.ppt) Karel Vlček, katedra Informatiky, FEI VŠB Technická Univerzita Ostrava

Karel VlčekPokročilé architektury procesorů 2 Kvantové počítače - principy Při řešení těchto návrhů se vychází ze zákonů kvantové mechaniky Informace je representována kvantovými bity označovanými “qubits” (Quantum bits), které odpovídají kvantovým stavům jako spin atomu nebo polarizace fotonu Díky superpozici vlastností kvantových stavů může být pomocí N qubitů uchováno stavů

Karel VlčekPokročilé architektury procesorů 3 Kvantové počítače - vyjádření čísel Kvantové stavy umožňují vyjádření formátů, které nemají srovnatelné obdoby v klasické počítačové vědě Výsledkem interakcí kvantových stavů může být výkonné řešení problémů jako je například faktorizace na prvočísla u velkých čísel Pomocí kvantových počítačů lze řešit i nové metody šifrování informace

Karel VlčekPokročilé architektury procesorů 4 Kvantové součástky V praxi je velmi obtížné konstruovat kvantové součástky a obvody Součástky mají zpravidla rozměry řádu nanometrů a pracují s velmi malými úrovněmi energie Při své činnosti jsou součástky ovlivňovány mnohem větším počtem zdrojů rušení než klasické obvody

Karel VlčekPokročilé architektury procesorů 5 Kvantová hradla Kvantová hradla jsou definována spojitými parametry Je možný přenos chyby na další hradla Měření kvantových stavů má charakter pravděpodobnostního procesu, který sám ovlivňuje měřený stav To znamená, že testování je destruktivní děj

Karel VlčekPokročilé architektury procesorů 6 Implementace kvantových hradel Při implementaci kvantových počítačů jsou používány různé fyzikální technologie Je obtížné předpovědět, které techniky budou používány pro implementaci kvantových počítačů Ještě obtížnější je vyhodnocovat metody jejich testování, případně metody pro zvyšování odolnosti proti vzniku poruch

Karel VlčekPokročilé architektury procesorů 7 Principiální odlišnosti Kvantový počítač je založen nikoliv a Boolově algebře, ale na principech kvantové mechaniky Jednotka bit nabývá jednoho ze dvou stavů (0 nebo 1) v daném časovém okamžiku, qubit nabývá nejenom 0 nebo 1, ale také superpozice těchto stavů, která je dána pravděpodobností výběru těchto stavů

Karel VlčekPokročilé architektury procesorů 8 Příklad informace nesené qubit Klasickým příkladem je průchod fotonu otvorem ve stínítku Při tomto průchodu dochází k interferenci Není definována existence nebo neexistence fotonu, v daném čase Qubit nedefinuje pouze tyto dva stavy, ale vyjadřuje i pravděpodobnost toho, že daný stav nastane

Karel VlčekPokročilé architektury procesorů 9 Základ vysokého výkonu Puls energie může vyvolat odezvu u jiných atomů tím, že dochází k řízené interakci s atomem Každý atom se tak stává kvantovým hradlem, protože transformuje stav popsaný pomocí qubit Tak může být N-qubit kvantum informace transformováno na vypočítaných hodnot

Karel VlčekPokročilé architektury procesorů 10 Výběr výsledku Problém se přesouvá na výběr správného výsledku Tento výběr musí být proveden nepřímo a je stále ještě mnoho možností, jak to udělat Většina přístupů volí metodu výběru při použití teplot blízkých absolutní nule, při kterých se tyto procesy zpomalují a dovolují ovlivňovat výběr výsledku

Karel VlčekPokročilé architektury procesorů 11 Příští vývoj kvantových počítačů Kvantové počítače představují technické řešení počítačů, ve kterých je úroveň hradel představována atomy Vývoj kvantových počítačů bude pravděpodobně směřovat do oblasti kryptografie Možná aplikace se vyskytne asi i při odhalování genetických informací

Karel VlčekPokročilé architektury procesorů 12 Literatura: Hayes, J. P.: Testing Quantum Circuits, In Proceedings of DDECS'03, (Poznan, April 14-16, 2003, Poland), pp , ISBN Dumas, J. D.: Computer Architecture CRC Press 2006, ISBN