양자 멤리스터: 메모리 기반 산술 단위

양자 컴퓨팅은 지난 몇 년 동안 비약적으로 등장했습니다. 실제로 IBM, Microsoft, Google과 같은 대형 기술 회사가 관심을 보이기 시작하자 추적이 중단되었습니다. 그러나 양자 컴퓨팅의 기본 요소에 대한 연구는 계속되고 있으며 나에게는 상업 실험실의 엔지니어링 성과(여전히 절대적으로 필요한)보다 더 흥미롭습니다.

내 관심과 일치하게, 연구자 그룹은 최근 첫 번째 양자 멤리스터를 시연했습니다. 이것은 많은 수의 양자 연결 없이 일종의 고효율 신경망을 양자 컴퓨팅 영역으로 가져오는 데 중요한 단계가 될 수 있습니다.

멤리스터 및 양자 추가

멤리스터의 개념은 1970년대로 거슬러 올라가지만 오랫동안 세탁기 아래 양말처럼 남아 있었습니다. 기본 아이디어는 멤리스터를 통해 흐르는 전류는 단자에 인가되는 전압뿐만 아니라 날짜 인가 전압의. 멤리스터의 물리적 응용은 에너지 효율적인 메모리를 만드는 데 사용할 수 있기 때문에 저전력 컴퓨팅에 큰 가능성을 제공합니다.

양자 정보에 비추어 볼 때 양자 멤리스터는 조금 더 복잡합니다. 양자 상태에서 양자 정보의 단일 비트를 저장하는 큐비트는 반드시 잘 정의된 비트 값을 가질 필요는 없습니다. 유리수가 1 또는 유리수 0인 대신 양자 중첩 상태에 있을 수 있습니다. 큐비트의 값은 측정할 때만 알 수 있습니다. 측정은 항상 1 또는 0을 나타냅니다. 그만큼 아마 논리적 1(또는 0)을 얻는 것은 양자 중첩의 속성에 의해 결정됩니다.

양자 컴퓨터의 역할은 결과를 읽을 수 있도록 다른 양자 중첩 상태와의 상호 작용을 통해 이러한 확률을 부드럽게 수정하는 것입니다.

이제 이 계획에서 멤리스터를 생각해 보십시오. 멤리스터는 다음을 기반으로 큐비트의 양자 상태를 수정해야 합니다. 가치 이전 큐비트의 이것은 두 가지를 의미합니다. 첫째, 멤리스터는 큐비트의 양자 속성을 보존해야 합니다(그렇지 않으면 더 이상의 작업을 수행할 수 없음). 둘째, 멤리스터는 내부 상태를 확인하기 위해 큐비트를 측정해야 하며 이는 속성을 지웁니다. 어떤 의미에서 이것은 완전한 양자 멤리스터가 존재할 수 없다는 것을 의미합니다(참고로 고전적 멤리스터의 개념에 대해 분개하는 두 이론가가 있으므로 이것은 새로운 영역이 아닙니다).

차이를 나누다

이러한 불일치는 연구자들을 방해하지 않았으며 어쨌든 양자 멤리스터를 만들 수 있었습니다. 아이디어의 본질부터 시작합시다. 불완전한 거울이 있다고 상상해보십시오. 단일 광자로 거울을 목표로 삼는 경우 광자는 거울에서 반사되거나 투과되며 확률은 거울의 반사 정도에 따라 다릅니다. 보내진 광자를 세고 이 숫자를 사용하여 거울의 반사를 변경한다고 가정합니다. 이것은 효과적으로 멤리스터를 생성하지만 양자 멤리스터는 생성하지 않습니다.

양적 행복을 추가하려면 경험을 약간 수정해야 합니다. 단일 광자를 포함하거나 광자가 없는(단일 광자의 중첩 상태 또는 0) 빔을 보내는 광원으로 광원을 교체합니다. 미러에서 반사된 빔은 중첩 상태를 유지하고 향후 계산에 사용할 수 있으며 전송된 빔은 미러 반사를 변조하기 위해 측정됩니다. 이제 완전한 양자 메모리가 있습니다. 미러에 의한 미래 큐비트 반사의 확률은 다음과 같이 변조됩니다. 개울 큐빗나라.

실제로 이것을 구현하는 것은 조금 더 복잡하며 연구원들은 광자의 수보다 다른 광자 속성을 사용했습니다. 그러나 동작(및 수학적 모델)은 동일하고 양자 멤리스터는 예상대로 작동했습니다.