Главная > КВАНТОВЫЕ ВЫЧИСЛЕНИЯ: ЗА И ПРОТИВ (В. А. Садовничего)
<< Предыдущий параграф Следующий параграф >>
Пред.
След.
Макеты страниц

Распознанный текст, спецсимволы и формулы могут содержать ошибки, поэтому с корректным вариантом рекомендуем ознакомиться на отсканированных изображениях учебника выше

Также, советуем воспользоваться поиском по сайту, мы уверены, что вы сможете найти больше информации по нужной Вам тематике

Обсудим технические подробности динамической схемы, которая проводит к определяющим поведение системы уравнениям (1) и (3). Начнем с первого из них. Поскольку речь там идет только о квантовых числах $c_{n}$, забудем о других квантовых числах, а также об индексе $n$ в обозначениях. Предположим, что в гнезде имеется поле, которое «взаимодействует» с квантовым числом $c$ и что гамильтониан взаимодействия равен
\[
\hat{H}_{1}=\omega_{1}\left(\hat{a}^{+}+\hat{a}\right),
\]
где $\hat{a}^{+}$и $\hat{a}$ – такие операторы:
\[
\begin{aligned}
\hat{a}^{+}|0\rangle & =|1\rangle, & \hat{a}^{+}|1\rangle & =0, \\
\hat{a}|0\rangle & =0, & \hat{a}|1\rangle & =|0\rangle .
\end{aligned}
\]

В этом случае
\[
\exp \left(-i \hat{H}_{1} t_{1}\right)|0\rangle=\cos \left(\omega_{1} t_{1}\right)|0\rangle-i \sin \left(\omega_{1} t_{1}\right)|1\rangle .
\]

Если распорядиться частотой $\omega_{1}$ и временем пролета частицы сквозь гнездо $t_{1}$ так, чтобы было $\omega_{1} t_{1}=\frac{\pi}{2}$, то уравнение (2) будет удовлетворено.

Перейдем к уравнению (3). Нужно построить аппарат, который будет менять состояние частицы по закону
\[
|k\rangle \rightarrow|k+1\rangle .
\]

Для этого необходимо дополнительное квантовое число $p$, с помощью которого изменение состояния (6) можно представить как последовательность изменений
\[
|k ; p=0\rangle \rightarrow|k+1 ; p=1\rangle \rightarrow|k+1 ; p=0\rangle .
\]

Представим, что частица взаимодействует с некоторым внешним полем и гамильтониан взаимодействия равен
\[
\hat{H}_{2}=\omega_{2}\left(\hat{b}^{+} \hat{d}^{+}+\hat{b} \hat{d}\right),
\]

где
\[
\begin{array}{l}
\hat{b}^{+}|k ; p\rangle=|k+1 ; p\rangle \quad \text { для } \quad k&lt;L, \quad \hat{b}^{+}|k ; p\rangle=0 \quad \text { для } \quad k=L, \\
\hat{b}|k ; p\rangle=|k-1 ; p\rangle \quad \text { для } \quad k&gt;0, \quad \hat{b}|k ; p\rangle=0 \quad \text { для } \quad k=0, \\
\hat{d}^{+}|k ; p=0\rangle=|k ; p=1\rangle, \quad \hat{d}^{+}|k ; p=1\rangle=0, \\
\hat{d}|k ; p=0\rangle=0, \quad \hat{d}|k ; p=1\rangle=|k ; p=0\rangle . \\
\end{array}
\]

В этом случае
\[
\exp \left(-i \hat{H}_{2} t_{2}\right)|k ; 0\rangle=\cos \left(\omega_{2} t_{2}\right)|k ; 0\rangle-i \sin \left(\omega_{2} t_{2}\right)|k+1 ; 1\rangle .
\]
Выбирая $\omega_{1}$ и $t_{2}$ (время пролета сквозь поле) так, что $\omega_{1} t_{1}=\frac{\pi}{2}$, получим требуемое изменение состояния:
\[
|k, 0\rangle \rightarrow|k+1,1\rangle .
\]

Чтобы привести квантовое число $p$ к значению $p=0$, можно использовать взаимодействие с гамильтонианом
\[
\hat{H}_{2}^{\prime}=\omega_{2}^{\prime}\left(\hat{d}^{+}+\hat{d}\right)
\]

и взять время пролета $t_{2}^{\prime}$ таким, чтобы выполнялось $\omega_{2}^{\prime} t_{2}^{\prime}=\frac{\pi}{2}$.

Рис. 4. Последовательность шагов $k \rightarrow k+1$, подразумевающая изменение состояния.

Однако, здесь следует соблюдать осторожность. Если времена $t_{2}$ и $t_{2}^{\prime}$ подобраны недостаточно аккуратно, получатся состояния с малой добавкой неверных квантовых чисел $k$ и $p$. Это опасно: ведь окончание работы связано с поиском экспоненциально малой амплитуды. Даже экспоненциально малая добавка с «неверными» квантовыми числами может привести к ложному результату. К счастью, дополнительную переменную $p$ можно заставить проверять, правильно ли изменяется состояние. Нужно только поставить после устройства, осуществляющего замену $|k ; 0\rangle \rightarrow|k+1 ; 1\rangle$, фильтр, который поглотит возможную добавку состояния $|k ; 0\rangle$. Это можно сделать, проверяя только значение переменной $p$. Гамильтониан $\hat{H}_{1}$ сохраняет корреляцию между значениями $p$ и $k$. Именно это обстоятельство было главной причиной определения дополнительной переменной $p$. Далее, мы не можем проверить правильность значения $k+1$, поскольку нам неизвестно значение $k$. Можно снова добавить фильтр, который после изменения $|k+1 ; 1\rangle \rightarrow|k+1,0\rangle$ поглотит добавку состояния $|k+1 ; 1\rangle$. В этом случае перед входом в следующий ( $k \rightarrow k=1$ )-аппарат состояние будет иметь правильное значение $p=0$. Полный ( $k \rightarrow k+1$ )-аппарат изображен на рис. 4. Теперь ясно, как обеспечить необходимое изменение состояния ( $k \rightarrow k+d_{m n}$ ) между гнездами $m$ и $n$ : вложим $d_{m n}$-части ( $k \rightarrow k+1$ )-устройств в траекторию между гнездами $m$ и $n$. Такие устройства необходимо поместить между каждой из пар гнезд $m$ и $n$. Фильтры уменьшают яркость квантового компьютера (некоторые частицы теперь не пройдут сквозь машину), однако это неважно, потому что яркость должна быть экспоненциально большой. Подчеркнем еше раз, что полное число ( $k \rightarrow k+1$ )-преобразований, необходимое для решения задачи, растет с ростом $N$ только полиномиально, так что построенный компьютер лишь «полиномиально велик» в пространстве и во времени.

Categories

1
Оглавление
email@scask.ru