Як квантовий комп’ютер отримує звичайні нулі та одиниці після завершення обчислень, як вимірюють кубіти, чому під час вимірювання зникає суперпозиція і навіщо квантові алгоритми запускають сотні або навіть тисячі разів.
Ми вже знаємо, що під час виконання квантового алгоритму кубіт може перебувати не лише у стані 0 або 1, а й у суперпозиції цих станів. Але після завершення обчислення звичайний комп’ютер не може працювати із суперпозицією. Йому потрібен цілком звичайний результат — нуль або одиниця. Як же відбувається це перетворення?
У надпровідникових квантових комп’ютерах поруч із кожним кубітом розташований спеціальний мікрохвильовий резонатор. Його можна уявити як дуже чутливу електромагнітну систему, пов’язану з кубітом. Саме через неї відбувається зчитування квантового стану.
Після завершення обчислення через резонатор пропускають слабкий мікрохвильовий сигнал. Сам кубіт не випромінює жодних сигналів. Натомість він зовсім трохи змінює властивості резонатора. Якщо кубіт перебуває в одному квантовому стані, мікрохвильовий сигнал змінюється одним чином, а якщо в іншому — трохи інакше. Ця різниця надзвичайно мала, але сучасна електроніка здатна її точно виміряти.
Оскільки сигнал дуже слабкий, його спочатку підсилюють спеціальними надмалошумними підсилювачами, а вже потім обробляє класичний комп’ютер. На основі цих вимірювань він визначає, який стан мав кубіт, і записує результат у вигляді звичайного 0 або 1.
Саме в цей момент квантове обчислення завершується. Суперпозиція більше не спостерігається, а результатом вимірювання стає лише один конкретний стан — 0 або 1. Саме тому вимірювання майже завжди виконують лише наприкінці алгоритму. Якби кубіт виміряли раніше, суперпозиція зникла б, і подальші квантові обчислення стали б неможливими.
Саме тому квантову програму зазвичай запускають не один раз, а сотні або навіть тисячі разів. Кожне окреме вимірювання дає лише один результат. Але якщо повторити алгоритм багато разів, можна визначити ймовірності всіх можливих відповідей і з великою впевненістю знайти правильний результат.
Тепер ми простежили весь шлях квантового алгоритму — від програми, написаної програмістом, до остаточного результату вимірювання.
Додаткову інформацію дивись на сторінці “Наш Всесвіт“.