Organização e arquitetura de computadores quânticos

Quais são os dispositivos e suas interconexões usados ​​junto com os Processadores Quânticos? Eles são compatíveis com dispositivos de hardware como cache, RAM, discos dos computadores atuais?

O que você descreve como computadores atuais é conhecido como arquitetura de von Neumann . Essa abordagem é uma das muitas maneiras de pensar sobre a computação clássica e existem outras abordagens clássicas que podem ou não ter generalizações relevantes para a computação quântica . Parece pouco provável que a arquitetura de von Neumann seja relevante para a computação quântica , devido à sua dificuldade do lado teórico e da implementação.

No entanto, como mencionei na história, há um artigo sobre a implementação de uma arquitetura quântica de von Neumann. Eles fazem isso via qubits supercondutores, é claro que a implementação é muito pequena, com apenas 7 partes quânticas: dois qubits supercondutores, um barramento quântico, duas memórias quânticas e dois registros de zeragem. Isso permite que sua CPU quântica execute portas de um, dois e três qubit em qubits, e a memória permite que os qubits (dados) sejam gravados, lidos e zerados. A implementação de uma superposição quântica de portões é muito difícil e, portanto, o programa é armazenado classicamente.

Os modelos mais prováveis ​​de computação quântica a serem implementados incluem: modelos baseados em medições, topológicos e adiabáticos. As implementações típicas desses modelos parecem mais experimentos de física (que são!) Do que computadores. Algumas das estratégias comuns de implementação incluem íons presos, óptica quântica e circuitos supercondutores.

A abordagem do circuito foi colocada em chips e, de fato, o D-Wave (um spin-off da UBC em Vancouver) afirma ter construído computadores quânticos usando o modelo adiabático para implementar o recozimento simulado quântico. Eles conseguiram vender esse computador para a Lockheed Martin, mas sua abordagem foi recebida com forte ceticismo .

Por fim, a abordagem de RMN mencionada por @RanG. é interessante, mas suspeita-se que não seja equivalente à computação quântica completa. É equivalente ao modelo de qubit de uma limpeza (também conhecido como DQC1) e suspeito de ser estritamente mais fraco que a computação quântica completa.

Na verdade não. Os computadores quânticos precisarão processar bits quânticos (qubits) em vez de bits "clássicos".

Os dispositivos atuais (RAMs, discos) usam a tecnologia atual para manter os bits clássicos: por exemplo, uma célula de memória (por exemplo, um capacitor) com alta tensão está "mantendo" o valor do bit "1"; se a tensão estiver baixa, o bit é "0".

Os Qubits são "implementados" através de "partículas" muito pequenas: fótons, átomos, moléculas pequenas e seu "estado" (nível de energia etc.) é o "valor". Aqueles não podem ser salvos através de um capacitor, por exemplo.

No entanto, um computador quântico definitivamente terá partes "clássicas" (como ter dois computadores conectados, um é clássico e um quântico; se houver um cálculo a ser feito, a parte clássica estará ativa; quando um efeito quântico for necessário, o parte quântica estará ativa). Portanto, o computador quântico utilizará RAMs padrão, DISKs e outros dispositivos quânticos.

Para os próprios dispositivos quânticos: isso depende muito das implementações. Dispositivos ópticos serão usados ​​para manipular fótons. Os computadores NMR precisarão ter ímãs gigantes, etc. (não estou familiarizado com a implementação, mas a wikipedia parece ter vários exemplos com os quais você pode começar).