Quantum Computing

Calculatoarelele cuantice sunt construite pe baza principiilor mecanicii cuantice, o teorie fizică care descrie comportamentul particulelor subatomice. Aceste principii diferă de cele ale mecanicii clasice, care descrie comportamentul obiectelor macroscopice.

Principiile mecanicii cuantice care stau la baza calculatoarelor cuantice sunt:

1. Superpoziția: O particulă cuantică poate fi în mai multe stări simultan, numite stări cuantice. Acest lucru înseamnă că o particulă poate fi, de exemplu, simultan în două locuri diferite sau în două stări cu energie diferită. Într-un calculator cuantic, această superpoziție este utilizată pentru a efectua mai multe calcule simultan.





2. Entanglement: Două sau mai multe particule cuantice pot fi legate într-o stare cuantică comună, numită stare entanglata. Acest lucru înseamnă că modificarea stării unei particule poate afecta instantaneu starea celeilalte particule, chiar dacă ele sunt la distanțe mari una de cealaltă. Într-un calculator cuantic, acest fenomen este utilizat pentru a efectua calcule mai rapid decât ar fi posibil cu calculatoarele tradiționale.





3. Măsurători cuantice: În mecanica cuantică, măsurarea unei proprietăți a unei particule cuantice (cum ar fi poziția sau spinul) poate afecta starea particulei. Acest lucru se datorează faptului că particula se află într-o stare cuantică superpoziționată și măsurarea cauzează colapsul acestei superpoziții. Într-un calculator cuantic, măsurătorile cuantice sunt utilizate pentru a obține rezultatele calculului.





Gate-uri cuantice: În mecanica cuantică, gate-urile cuantice sunt operații care transformă stările cuantice ale unei sau mai multe particule. Aceste gate-uri cuantice pot fi utilizate pentru a efectua calcule cuantice complexe și pentru a efectua operații logice și aritmetice. Într-un calculator cuantic, gate-urile cuantice sunt utilizate pentru a efectua calculele.

Un alt principiu important al mecanicii cuantice care este utilizat în calculatoarele cuantice este decizia în favoarea probabilității. În mecanica cuantică, nu putem determina cu exactitate starea unei particule cuantice până când nu o măsurăm. Acest lucru înseamnă că rezultatele unei operațiuni cuantice pot fi probabilistice și nu deterministe. Cu toate acestea, cu ajutorul unor tehnici speciale de programare a calculatoarelor cuantice, se pot obține rezultatele dorite cu o probabilitate mare.

Photonic Computing

Calculatoarele fotonice se bazează pe principiile opticii cuantice, care utilizează proprietățile cuantice ale fotonilor pentru a efectua calcule. Optica cuantică se bazează pe ideea că particulele de lumină, numite fotonii, prezintă comportament cuantic, ceea ce înseamnă că acestea pot exista în mai multe stări simultan și pot fi entanglate cu alte particule.

În calculatoarele fotonice, informația este codificată în stările cuantice ale fotonilor, cum ar fi polarizarea și amplitudinea luminii. Un calculator fotonic utilizează circuite optice pentru a manipula și măsura stările cuantice ale fotonilor într-un proces numit procesare a informațiilor optice cuantice.

Un element cheie al opticii cuantice este utilizarea interferenței pentru a manipula și măsura stările cuantice ale fotonilor. Interferența este un fenomen în care două unde de lumină se suprapun și creează o imagine rezultantă care este determinată de amplitudinea și faza undelor individuale. În calculatoarele fotonice, circuitele optice sunt utilizate pentru a manipula interferența dintre fotonii entanglați, ceea ce permite efectuarea de calcule cuantice.

De asemenea, calculatoarele fotonice utilizează proprietățile entanglement-ului pentru a efectua calcule cuantice. Entanglement-ul este o proprietate cuantică în care două sau mai multe particule sunt legate într-o relație de interdependență, astfel încât starea unei particule poate fi determinată numai prin măsurarea stării celorlalte particule entanglate. Această proprietate este utilizată în calculatoarele fotonice pentru a efectua calcule paralele, deoarece manipularea unei particule entanglate va avea un efect asupra stării tuturor particulelor entanglate.