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摂動理論と計算のモンテカルロ法に基づくソフトウェア。研究室での作業、研究、産業、教育システムのためのツール。物理学、化学、工学 への応用。

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NUCLEI SOFTWARE. Probability density for protons. Protons in a Neon nucleus Ne(A=16, Z=10). Energy versus nucleus radius in the Fermi Gas model. It is shown eigenvalues, probability densities, and the quantum well potential for neutrons.


シミュレーションモデリング · 量子シミュレーション · 量子ソフトウェア · 量子モンテカルロ


量子情報 単に量子情報と省略されることもある量子情報理論は、クロード シャノンの情報理論を発展させたもので、量子力学の特性、特に重ね合わせまたはもつれの原理を利用しています。量子情報を定量化するために使用される単位は、古典的な情報 ビットと同様に量子ビットです。

1982 年、Richard Feynman は、古典的なコンピューターを使用した量子システムのシミュレーションの複雑さに注目しました 1。この困難は、量子状態の重ね合わせで同時に自分自身を見つけることができるというこれらのシステムが持つ特性に由来します。彼は次に、量子並 列処理を利用して、あらゆる量子システムの動作を効果的にシミュレートできるようにする量子コンピューターを構築することを提案しています。同じ 年、ポール・ベニオフは、量子コンピューターを使用して、古典的なコンピューターよりも指数関数的に効率的に古典的な計算を実行するという反対の アイデアを提唱しました。

同時に、Wootters、Zurek、および Dieks は、任意の量子状態は複製できないことを示す非複製定理を述べています。この定理は、量子ビットでできることに対して厳密な物理的制限を課すため、量子情報理論の基本で す。

1984 年、Charles H. Bennett と Gilles Brassard は、2 人の主人公が無条件に安全な方法で秘密鍵を共有できるようにする量子鍵配布プロトコル BB84 を開発しました。プロトコルのセキュリティは、量子ビットとしての光子の使用と、非クローニング定理とウェーブ パケット削減の仮定である 2 つの物理的原則に基づいています。彼らの最初の提案は、主に彼らが使用することを提案している光子源が単一光子源、つまり一度に 1 つと 1 つの光子を放出できる源であるという事実のために、科学界からの懐疑論に直面しています。しかし、そのような情報源がいつの日か存在するとは、当 時はまだ考えられませんでした。したがって、彼らの出版物はすべての評判の良いジャーナルで拒否され、インドで開催された無名の会議でのみ受け入 れられます.

1985 年、David Deutsch は、Deutsch アルゴリズムとして知られる最初の量子アルゴリズムについて説明した記事 6 を発表しました。実際には実用性はありませんが、そのタスクを達成するため、明らかに理論的に興味深いものです。この場合、関数が一定であるかバ ランスが取れているかを従来のアルゴリズムよりも効率的に決定します。これは、1992 年に Deutsch-Jozsa アルゴリズムの名前で一般化されます。

1993 年、イーサン バーンスタインとウメシュ ヴァジラニは、量子チューリング マシンが多項式時間で任意の量子システムをシミュレートできることを実証しました。

1994 年、Peter Shor は Shor アルゴリズムを発表しました。これは、量子コンピューティングの熱狂の始まりを示しています。これは、実際に関心のある古典的なアルゴリズムよりも効率的な最初の量子アル ゴリズムであるためです。この場合、多項式時間で整数を因数分解できます。その最初の実用的な実装は 2001 年に行われ、15 を 3 × 5 に因数分解することが可能になりました。このアルゴリズムは量子フーリエ変換を利用しており、量子コンピューターでの実装は同じ年に Don Coppersmith によって実証されました。

1995 年、ベンジャミン シューマッハは、クロード シャノンのソース コーディング定理に相当する定理を確立しました。これが、量子ビットが量子情報の物理単位として定義された方法です。チャネル符号化定理に相当する結果は知られていませ ん。

1996 年、Lov Grover は、従来のどの検索アルゴリズムよりも効率的な量子検索アルゴリズムを発見しました。
一方で、数学者とコンピューター科学者は、量子アルゴリズム、つまり、特に量子並列処理を利用して、量子コンピューターに実装できるアルゴリ ズムを開発しようとしています。今日、最もよく知られているのは、Shor のアルゴリズム、Grover のアルゴリズムなどです。一方、物理学者、特に固体物理学者は、量子コンピューターを実装するのに最適な物理システムを探しています。

量子コンピューティングは、まだかなりの実験的困難に直面しています。特に、量子コンピューターの中心的な要素の 1 つである量子メモリは、まだ完成には程遠いため、現在、実用的な実装の大規模な開発が制限されています。より根本的に、私たちはパラドックスに直面します: デコヒーレンスの影響を制限するために、実際の計算中にキュービットを外界から分離するように求めますが、同時に、相互作用の可能性を維持し たいと考えています。計算の最後にシステムで測定を実行して結果を取得します。この二つの願いを両立させるのは非常に困難です。最後に、効率 的な量子ゲートの実装も制限されています。これらは信頼できる必要があります。つまり、高い確率で目的の操作を実行し、高速である必要があり ます。つまり、キュービットのデコヒーレンス時間よりもはるかに高速に動作します。

量子アルゴリズムは本質的に確率論的であることを強調することが重要です。これは、正しい結果を提供する一定の確率があることを意味します。 通常、複雑さの計算では 2/3 の成功確率を考慮します。したがって、有界量子多項式の複雑度クラス BQP を、最大 1/3 の失敗確率で多項式時間で解くことができる決定問題のクラスとして定義します。ただし、決定論的な Deutsch-Jozsa アルゴリズムなど、いくつかの例外があります。このタイプのアルゴリズムは、正確な量子多項式時間の EQP クラスにあります。

今日まで、量子コンピューターが古典的なコンピューターよりも根本的に効率的であるかどうかという問題は未解決のままです。具体的には、本質 的に量子コンピューターによって効率的に解ける問題のクラスである BQP は、古典的なコンピューターによって多項式時間で解ける決定問題のクラス P を包含することがわかっています。言い換えれば、量子コンピューターは少なくとも古典的なコンピューターと同じくらい効率的です。ただし、BQP が厳密に P よりも優れているかどうかは定かではありません。実用的には、量子コンピューターのパフォーマンスが従来のコンピューターより優れていなくても、チューリング マシンまたはラムダと同じタイトルの計算モデルと見なすことができます。 -微積分。

量子暗号

現在最も発展している分野は、量子鍵配送です。 その相対的な認識は、量子暗号と量子鍵配布の間で不幸な混乱を引き起こすことがよくありますが、後者は量子暗号のサブセットにすぎません。 量子キー配布により、2 人のユーザーが無条件に安全な方法で暗号化キーを交換できます。つまり、スパイがこのキーで持つ情報は常に任意に小さくすることができます。 この無条件の伝送セキュリティは、従来は実現できませんでした。 最初に提案されたプロトコルは、1984 年に Charles Bennett と Gilles Brassard によって BB84 でした。

研究された暗号プリミティブの中で、量子担保化、量子無意識転送、さらには量子くじ引きを挙げることができます。



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QNuclei Ne (A=16, Z=10).


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QNuclei Bh Z=107.


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QNuclei B Z=5.



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QNuclei Br Z=35.


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QNuclei Cd Z=48.


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QNuclei Ca Z=20.


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QNuclei C Z=6.


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QNuclei Bh Z=107


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QNuclei B Z=5


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QNuclei Br Z=35.


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QNuclei Cd Z=48.


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QNuclei Ca Z=20



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QNuclei Cf Z=98.



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QNuclei C Z=4



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QNuclei Bh Z=107


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QNuclei B Z=5.


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QNuclei Br Z=35


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Quantum Metropolis, S.M.C.

28034 マドリッド、スペイン · https://fisica-cuantica.com/


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量子シミュレーション ソフトウェア。量子コンピューティング、デコヒーレンス研究、量子エンタングルメント、ネットワーク、量子情報システム、アルゴリズム、量子トンネリング、プログラミン グ、量子ドットおよび井戸におけるアプリケーション。