Organización y arquitectura de computadoras cuánticas

¿Qué son los dispositivos y sus interconexiones utilizados junto con los procesadores cuánticos? ¿Son compatibles con dispositivos de hardware como caché, RAM, discos de computadoras actuales?

Lo que usted describe como computadoras actuales se conoce como la arquitectura von Neumann . Este enfoque es una de las muchas formas de pensar sobre la computación clásica y existen otras aproximaciones clásicas que podrían o no tener generalizaciones relevantes para la computación cuántica . Parece poco probable que la arquitectura von Neumann sea ​​relevante para la computación cuántica , debido a su dificultad tanto desde el punto de vista teórico como de implementación.

Sin embargo, como mencioné en teoría, hay un artículo sobre la implementación de una arquitectura cuántica de von Neumann. Lo hacen a través de qubits superconductores, por supuesto, la implementación es muy pequeña, con solo 7 partes cuánticas: dos qubits superconductores, un bus cuántico, dos memorias cuánticas y dos registros de puesta a cero. Esto permite que su CPU cuántica realice puertas de uno, dos y tres qubits en qubits, y la memoria permite que los qubits (datos) se escriban, lean y se pongan a cero. Implementar una superposición cuántica de puertas es muy difícil, por lo que el programa se almacena de forma clásica.

Los modelos más probables de computación cuántica que se implementarán incluyen: modelos basados ​​en mediciones, topológicos y adiabáticos. Las implementaciones típicas de estos modelos se parecen más a los experimentos de física (¡lo que son!) Que a las computadoras. Algunas de las estrategias comunes para la implementación incluyen iones atrapados, óptica cuántica y circuitos superconductores.

El enfoque de circuito se ha colocado en chips y, de hecho, D-Wave (un spin-off de UBC en Vancouver) afirma haber construido computadoras de tipo cuántico utilizando el modelo adiabático para implementar el recocido simulado cuántico. Han logrado vender esta computadora a Lockheed Martin, pero su enfoque se ha encontrado con un gran escepticismo .

Por último, el enfoque de RMN mencionado por @RanG. es interesante, pero se sospecha que no es equivalente a la computación cuántica completa. Es equivalente al modelo de qubit de una limpieza (también conocido como DQC1) y se sospecha que es estrictamente más débil que la computación cuántica completa.

Realmente no. Las computadoras cuánticas necesitarán poder procesar bits cuánticos (qubits) en lugar de bits "clásicos".

Los dispositivos actuales (RAM, discos) usan la tecnología actual para mantener bits clásicos: por ejemplo, una celda de memoria (por ejemplo, un condensador) con alto voltaje está "sosteniendo" el valor de bit "1"; Si el voltaje es bajo, el bit es "0".

Los Qubits se "implementan" a través de "partículas" muy pequeñas: fotones, átomos, moléculas pequeñas, y su "estado" (nivel de energía, etc.) es el "valor". Esos no se pueden guardar a través de un condensador, por ejemplo.

Sin embargo, una computadora cuántica definitivamente tendrá partes "clásicas" (como tener dos computadoras conectadas, una es clásica y otra cuántica; si hay que hacer un cálculo, la parte clásica estará activa; cuando se necesita un efecto cuántico, el la parte cuántica estará activa). Por lo tanto, la computadora cuántica utilizará RAM, DISCOS estándar y otros dispositivos cuánticos.

Para los propios dispositivos cuánticos: esto depende mucho de las implementaciones. Se utilizarán dispositivos ópticos para manipular fotones. Las computadoras NMR necesitarán tener imanes gigantes, etc. (No estoy realmente familiarizado con la implementación, pero wikipedia parece tener varios ejemplos con los que puede comenzar).