kuantum memristor: unit aritmatika berdasarkan memori

Komputasi kuantum telah muncul dengan pesat dalam beberapa tahun terakhir. Faktanya, begitu perusahaan teknologi besar seperti IBM, Microsoft, dan Google mulai menunjukkan minat, mereka berhenti dilacak. Namun, penelitian berlanjut pada elemen dasar komputasi kuantum dan, bagi saya, lebih menarik daripada pencapaian rekayasa laboratorium komersial (yang masih mutlak diperlukan).

Sejalan dengan minat saya, sekelompok peneliti baru-baru ini mendemonstrasikan memristor kuantum pertama. Ini bisa menjadi langkah penting dalam membawa semacam jaringan saraf yang sangat efisien ke ranah komputasi kuantum tanpa sejumlah besar koneksi kuantum.

Memristor dan Penambahan Kuantum

Konsep memristor berasal dari tahun 1970-an, tetapi telah lama tetap seperti kaus kaki di bawah mesin cuci: terlupakan dan tidak terlewatkan. Ide dasarnya adalah bahwa arus yang mengalir melalui memristor tidak hanya bergantung pada tegangan yang diterapkan pada terminal tetapi juga pada Tanggal dari tegangan yang diterapkan. Aplikasi fisik memristor menawarkan janji besar untuk komputasi berdaya rendah karena dapat digunakan untuk membuat memori hemat energi.

Sebuah memristor kuantum, bila dilihat berdasarkan informasi kuantum, sedikit lebih kompleks. Sebuah qubit, yang menyimpan satu bit informasi kuantum dalam keadaan kuantumnya, tidak harus memiliki nilai bit yang terdefinisi dengan baik. Alih-alih bilangan rasional menjadi satu atau nol rasional, mungkin dalam keadaan superposisi kuantum. Nilai qubit hanya diketahui ketika kita mengukurnya – pengukuran selalu mengungkapkan satu atau nol. Itu Mungkin Mendapatkan satu logis (atau nol) diatur oleh sifat-sifat superposisi kuantum.

Tugas komputer kuantum adalah dengan lembut memodifikasi kemungkinan ini melalui interaksi dengan keadaan superposisi kuantum lainnya sehingga hasilnya dapat dibaca.

Sekarang, pikirkan seorang memristor dalam skema ini. Memristor harus mengubah keadaan kuantum qubit berdasarkan nilai dari qubit sebelumnya. Ini berarti dua hal. Pertama, memristor harus mempertahankan sifat kuantum qubit (jika tidak, tidak ada operasi lebih lanjut yang dapat dilakukan). Kedua, untuk menentukan keadaan internalnya, memristor harus mengukur qubit, yang menghapus propertinya. Dalam arti tertentu, ini berarti bahwa memristor kuantum yang sempurna tidak dapat ada (untuk referensi, ada dua ahli teori yang membenci gagasan memristor klasik, jadi ini bukan area baru).

membagi perbedaan

Perbedaan ini tidak menghalangi para peneliti, mereka tetap mampu membuat memristor kuantum. Mari kita mulai dengan esensi ide. Bayangkan Anda memiliki cermin yang tidak sempurna. Jika Anda menargetkan cermin dengan satu foton cahaya, foton akan dipantulkan dari cermin atau ditransmisikan, dengan probabilitas yang bergantung pada seberapa baik cermin itu memantulkan. Katakanlah Anda menghitung foton yang dikirim dan menggunakan nomor ini untuk mengubah pantulan cermin. Ini secara efektif menciptakan memristor – tetapi bukan memristor kuantum.

Untuk menambah kebahagiaan kuantitatif, kita harus sedikit mengubah pengalaman. Kami mengganti sumber cahaya dengan yang mengirimkan sinar yang mengandung foton tunggal atau tanpa foton (keadaan superposisi foton tunggal atau nol). Balok yang dipantulkan dari cermin mempertahankan status superposisinya dan dapat digunakan untuk perhitungan di masa mendatang, sedangkan berkas yang dikirim diukur untuk memodulasi pantulan cermin. Sekarang kita memiliki memori kuantum lengkap: probabilitas refleksi qubit masa depan oleh cermin dimodulasi oleh Sungai kecil negara Qubit.

Menerapkan ini dalam praktiknya sedikit lebih kompleks, dan para peneliti menggunakan sifat foton yang berbeda dari sekadar jumlah foton. Namun, perilaku (dan model matematikanya) sama, dan memristor kuantum bekerja seperti yang diharapkan.