1: モダンノマド 2017/02/11(土)14:11:52 ID:pcN
卒論書くの疲れたから一休み


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2: モダンノマド 2017/02/11(土)14:12:24 ID:GrX
この前ニュースで見た

6: モダンノマド 2017/02/11(土)14:14:15 ID:pcN
>>2
古澤先生はすごいよなぁ。だけど連続量量子だから分かりにくいんだよな。
何回か講演聞く機会もあったけど全然わからん

4: モダンノマド 2017/02/11(土)14:13:27 ID:NAK
一般人が知らない知識をくれ

8: モダンノマド 2017/02/11(土)14:15:52 ID:pcN
>>4
じゃあ、ちょっと待ってくれたら実際のチップがどう動いてるか解説してみる

5: モダンノマド 2017/02/11(土)14:14:01 ID:ZL1
就職先は

9: モダンノマド 2017/02/11(土)14:17:02 ID:pcN
>>5
物理学科だからお察し…。と言いたいところだが普通に大手メーカーに行けるよ

7: モダンノマド 2017/02/11(土)14:14:57 ID:atl
提出期限は?

9: モダンノマド 2017/02/11(土)14:17:02 ID:pcN
>>7
2週間後

10: モダンノマド 2017/02/11(土)14:26:38 ID:CgH
ゲームに使えるメリット

12: モダンノマド 2017/02/11(土)14:29:31 ID:pcN
>>10
今のところゲームには使い道ないかな
そもそもハードの研究なんてまだ数ビットの段階だし

13: モダンノマド 2017/02/11(土)14:29:58 ID:m2k
コヒーレンスがどうのこうのいうやつ

15: モダンノマド 2017/02/11(土)14:33:02 ID:pcN
>>13
デコヒーレンス対策はほんと大変だよ
理論家は1000ビットあればこういうアルゴリズムができますとか簡単に言ってくれるけど、
現状は1ビット守るだけでも論文になる程度

14: モダンノマド 2017/02/11(土)14:31:07 ID:RLo
量子コンピュータと関係あるのかな
MRAMの実用のめどは立ちそうですか?

18: モダンノマド 2017/02/11(土)14:34:44 ID:pcN
>>14
MRAMが何かはよくわからんが、
量子コンピュータのメモリはどちらかというとDRAMに近いよ

16: モダンノマド 2017/02/11(土)14:34:11 ID:RLo
NASAが量子コンピュータを導入しているようだけど
それを超えるものができそうですか?

21: モダンノマド 2017/02/11(土)14:37:16 ID:pcN
>>16
うちではゲート式の研究してるけど、アニーリング式に追いつくのは当分無理だな

17: モダンノマド 2017/02/11(土)14:34:35 ID:44n
量子コンピューターでスマホ作ったら、従来のスマホとどんな違いがでるの?

21: モダンノマド 2017/02/11(土)14:37:16 ID:pcN
>>17
量子コンピュータっつっても、特殊なアルゴリズムが実行出来るって以外は普通のコンピュータ
の方が上だしなぁ。当面は特殊な問題を解くだけのサブマシンだろうね。

19: モダンノマド 2017/02/11(土)14:36:41 ID:jgO
量子コンピュータとかまだSFの世界だろ

23: モダンノマド 2017/02/11(土)14:38:57 ID:pcN
>>19
実際、ゲート式は当分実用化は無理だと思うよ。
でも、数学上の存在ってわけじゃなくて、実際に量子ビットをチップに実装して、
ハンダゴテとオシロスコープを片手に格闘してる人間がいるのは事実。

20: モダンノマド 2017/02/11(土)14:36:51 ID:yt3
2月末に卒論出して卒業審査会して
3月中には必ずやる卒業式用の記念品とか発注してって間に合うのかって純粋に謎

22: モダンノマド 2017/02/11(土)14:37:51 ID:fDy
量子ビットの計算って
磁場をかけてからどっち方向かに電気が流れてるのを見て
答えを求める~みたいな番組がyoutubeにあったんだけどさ

それって結局磁場使ってんだから
光速越えてなくね?って思ったんだけど
たしかに速そうだけどさ

24: モダンノマド 2017/02/11(土)14:39:58 ID:pcN
>>22
そもそも光速を超えるっていうのが間違い。
量子テレポーテーションでもなんでも、光速は絶対に超えない。

25: モダンノマド 2017/02/11(土)14:41:17 ID:fDy
>>24
えじゃあ光速越えないのか・・・
計算楽になるだけって話か、なるほど

26: モダンノマド 2017/02/11(土)14:41:38 ID:rPp
いつ出来ると思う?
そして出来たらどうなると思う?
セキュリティがゴミになるんしょ?
つまり鍵かける方も量子コンピュータ使うわけじゃん?そこまで何年かかる?

27: モダンノマド 2017/02/11(土)14:42:49 ID:pcN
>>26
量子コンピュータの実用化より量子暗号通信の実用化の方が絶対速い。
俺は詳しくないけど、量子以外でも耐量子暗号理論っていうのもあるらしいし。

28: モダンノマド 2017/02/11(土)14:43:32 ID:RLo
>>27
量子テレポーテーションとかいうやつかな

30: モダンノマド 2017/02/11(土)14:44:40 ID:pcN
>>28
量子テレポーテーションは、量子通信の長距離化には重要だけど、量子暗号の仕組みそのもの
には直接は関係ないかな(BB84プロトコルの場合)

31: モダンノマド 2017/02/11(土)14:45:29 ID:rPp
量子コンピュータを小学生に説明するならなんて説明する?

32: モダンノマド 2017/02/11(土)14:46:36 ID:pcN
>>31
小学生には難しいなぁ
やっぱり月並みに、「0と1を同時に計算するコンピュータ」になっちゃうと思う。

33: モダンノマド 2017/02/11(土)14:47:20 ID:rPp
>>32
なんか哲学的

右見ながら左見る的な

34: モダンノマド 2017/02/11(土)14:48:59 ID:pcN
じゃあボチボチ、ハード屋だからこその話でもするかな
ただ、特定を避けるため、あえて自分が普段使ってる素子の話はしないことにする

36: モダンノマド 2017/02/11(土)14:51:03 ID:rPp
>>34
逆に特定しやすそう

35: モダンノマド 2017/02/11(土)14:50:09 ID:pcN
まず最初に、粒子の「スピン」について説明する。
粒子は「質量」という重力パラメータや「電荷」という電気パラメータなどの基礎パラメータを持っている。
それと同じように、粒子は「スピン」という名前の磁気パラメータを持っている。
スピンが質量や電荷と違うのは、それが単なる値ではなく、「S極がどっちを向いているか」という「向き」の情報も含んでいること。その「向き」は量子力学の原理に従って「上向き」か「下向き」の2種類しかない。

41: モダンノマド 2017/02/11(土)14:54:38 ID:VLD
>>35
なんで上か下かしかないの?

42: モダンノマド 2017/02/11(土)14:56:41 ID:pcN
>>41
「スピンは上か下かしか向かない」という前提で構築した理論が、実験を
うまく説明できるから。また、俺は難解な数式には詳しくないけど、
電子のディラック方程式を解くと、「2値をとる自由度」が自動的に出現する、それがスピンだ、ということになってる

37: モダンノマド 2017/02/11(土)14:51:58 ID:rPp
回ってる訳じゃないのか

39: モダンノマド 2017/02/11(土)14:53:43 ID:RLo
>>37
温度があるんだから回っているんじゃない?
その回転が2方向しかないらしい

40: モダンノマド 2017/02/11(土)14:54:38 ID:pcN
>>37
それは歴史的な昔の解釈で、実際にリアルに「自転」してるわけじゃない

38: モダンノマド 2017/02/11(土)14:52:17 ID:44n
ひとつの能力に超特化したアスペルガーの人みたいな感じ?
特定の分野では凄まじい才能を持ってるけど、他のことは1人じゃ何も出来ない的な

43: モダンノマド 2017/02/11(土)14:57:27 ID:pcN
なお、具体的に何に対して上向き、下向きなのか分かるだろうか?人間の感覚だとつい重力に対する方向と思いがちだが、
スピンは重力とは関係がないパラメータなので、真空中に粒子が置いてあるだけではスピンの向きは分からない(この区別がつかない状況を縮退という)。
スピンは磁気パラメータなので、外部から磁場を与えることで初めて向きの区別がつくようになる。
図で書けばわかりやすいが、磁場に対して反対方向を向いている方が、NとSが向かい合うので安定していてエネルギーが低い。これを下向き(ダウン)スピンという。
磁場に対して同じ方向を向いていると不安定でエネルギーが高く、上向き(アップ)スピンという。
no title

51: モダンノマド 2017/02/11(土)15:02:13 ID:VLD
>>43
俺よく知らんけど
説明おかしくね?
スピンは磁気パラメータによって生じるものってこと?

52: モダンノマド 2017/02/11(土)15:03:11 ID:pcN
>>51
電子などの粒子が、生まれつき持ってる磁石としての性質にスピンっていう名前を付けたっていうこと

46: モダンノマド 2017/02/11(土)15:00:35 ID:rPp
二本の磁石の間に磁石置いて
ピタッと止まれば下向き
反発しあってぐわんぐわんしてれば上向き?

48: モダンノマド 2017/02/11(土)15:01:18 ID:pcN
>>46
まあそんな感じ

53: モダンノマド 2017/02/11(土)15:04:12 ID:rPp
>>48
そのぐわんぐわん動くエネルギーで発電とか出来ないの?

55: モダンノマド 2017/02/11(土)15:05:50 ID:pcN
>>53
一応、上向きは不安定だけど動いてるわけじゃないんだ
スピンの向きを動かすには電子にエネルギーを与える必要がある。

56: モダンノマド 2017/02/11(土)15:06:30 ID:rPp
>>55
なるへそ

47: モダンノマド 2017/02/11(土)15:01:11 ID:MVb
音波、音についても詳しかったりする?

50: モダンノマド 2017/02/11(土)15:01:53 ID:pcN
>>47
いや、全然

54: モダンノマド 2017/02/11(土)15:04:44 ID:pcN
実際のチップ素子の写真がこちら。シリコンチップに回路が実装してある。
真ん中のオレンジ色の球が電子を表している(もちろんこの球はイラスト。便宜上この位置をDとする)。なお青い球は今回は無視する。
各回路をざっと説明すると、GcおよびG1~G4の端子が電子を閉じ込める働きをしている(端子に電圧がかかっていて、電子を押さえつけている)。
右側のRがフォーマット(初期化)用の回路。上のESRと書いてある回路がデータ書き込み用の回路。左のSETと書いてあるのがデータ読み込み用の回路だ。
no title

57: モダンノマド 2017/02/11(土)15:06:47 ID:VLD
>>54
これで何が出来るの?

58: モダンノマド 2017/02/11(土)15:07:23 ID:rPp
>>57
青を無視できる

72: モダンノマド 2017/02/11(土)15:25:58 ID:pcN
次に演算について。
演算はESRと書かれた回路に交流電流を流すことによって行う。ESR回路に電流を流すと、いわゆる右手の法則に従って、円形磁場が生じる(>>54の写真を参照)。
交流電流なので、円形磁場も交流になる。交流磁場が電子に当たると、電子は「磁気共鳴」という現象を起こし、スピンが「回る」。
すなわち、「ダウン100%」だったスピンが「ダウン90%+アップ10%」→「ダウン80%+アップ20%」のように、徐々に「重ね合わせ」状態になる。
一定時間電磁波を当て続ければ、スピンは完全に「アップ100%」になり、これが「ビットフリップ(NOT演算)」に相当する。
当然、さらに時間が経つと一周して「ダウン100%」に戻る。
特に「ダウン50%+アップ50%」の状態にすることを「アダマール演算」と呼ぶ。
このように必要な「重ね合わせ状態」をつくることが「データの書き込み」に相当する。

87: モダンノマド 2017/02/11(土)15:47:15 ID:pcN
実は>>54で拝借してきた写真は元々「2つの電子を並べて、量子もつれをつくった」という論文のもの。

59: モダンノマド 2017/02/11(土)15:10:16 ID:fDy
データーを入力する方法って電圧電流変えるだけでおkなの?

60: モダンノマド 2017/02/11(土)15:11:58 ID:pcN
>>59
それを今から説明する

61: モダンノマド 2017/02/11(土)15:12:45 ID:pcN
まず初期化について説明するが、とりあえず「自然はエネルギーが低いことを好む」ということを頭に入れて欲しい。
スピンの初期化は電子の位置Dの真下にある端子G1の電圧を調節して行う。通常時には、位置DよりR端子の方がエネルギーが高い。
まず電圧を調節して位置Dのエネルギーを上げ、エネルギーがDアップ>R>Dダウンという状態をつくる。
すると、スピンがアップだった場合、よりエネルギーの低いRに電子が逃げ、さらにスピンがダウンとなってDに戻ってくる。
これによって、スピンをダウン状態に初期化する。もちろん、初期化が終わったら端子の電圧は元に戻しておく。
no title

65: モダンノマド 2017/02/11(土)15:17:33 ID:rPp
>>61
電子ちゃんは下向きな男を好んでて
電子ちゃんがDアップと付き合ってるときにRがDアップより下に行けば
電子ちゃんもRに乗り換えるってこと?
そんでさらにDダウンに乗り換える、と

62: モダンノマド 2017/02/11(土)15:13:31 ID:r64
今来たけど読む気にならにゅ

読めばわかるかな

63: モダンノマド 2017/02/11(土)15:13:56 ID:pcN
(補足)なお、何もせずにただ待っているだけでもスピンはアップからダウンに勝手に落ちてくるのだが、
初期化過程は後述の「データの読み込み」も同時に兼ねているため、どちらにせよこの手順が必要になる。

64: モダンノマド 2017/02/11(土)15:16:01 ID:fDy
電子のスピンの向き変えるってことは
やっぱ冷却状態でないと駄目?

それなら家庭用量子コンピュータの実現は冷却装置にかかってくる?

66: モダンノマド 2017/02/11(土)15:18:45 ID:pcN
>>64
殆どは冷却装置が必要になるね。特に超伝導回路は殆ど絶対零度でないと機能しない
当然、室温で使える素子の研究もされていて、光子で計算する方法はその代名詞的存在。
チップ系だと、ダイヤモンド中の電子が室温でも使えるかもしれないって注目されてる

68: モダンノマド 2017/02/11(土)15:22:08 ID:fDy
>>66
室温で使えないとなると最初のうちは
宇宙で量子コンピュータ使う とかになってくるかもなあ・・・

69: モダンノマド 2017/02/11(土)15:23:50 ID:Y3s
>>68
普通に冷やせよ

70: モダンノマド 2017/02/11(土)15:25:15 ID:fDy
>>69
普通にってその普通がわからないわけだが?
液体窒素で冷やせよとかならわかるが

67: モダンノマド 2017/02/11(土)15:19:43 ID:QgJ
とりま量子なんちゃらが実現したらどんな良い事があるの?

73: モダンノマド 2017/02/11(土)15:28:01 ID:nnR
なんかの拍子で原発事故みたいな爆発おこったりせんの?

76: モダンノマド 2017/02/11(土)15:30:25 ID:pcN
>>73
冷凍機に真空とか使ってるとちょっと危ないかもね
でも実験室の外に被害がでるような大爆発が起こる可能性のある装置なんて
普通は使わないよ

74: モダンノマド 2017/02/11(土)15:28:40 ID:MiJ
量子的な演算方法って何?

81: モダンノマド 2017/02/11(土)15:36:01 ID:pcN
>>74
例えば、0と1を同時に計算するって言っても、その大量の可能性の中から正解を見つけることが難しい
重ね合わせっていうのは波の概念なんだけど、波の干渉効果を使うと、不正解を出す可能性を抑えて、正解を出す確率を増幅させることが可能。
こういうのが量子アルゴリズムのキモになってる

96: モダンノマド 2017/02/11(土)15:54:26 ID:MiJ
>>81
それで何で従来のPCよりはるかに高い演算能力が得られるの?

75: モダンノマド 2017/02/11(土)15:28:48 ID:fDy
交流電流だといいことづくしだな
交流を発明したテスラに感謝だな

77: モダンノマド 2017/02/11(土)15:31:12 ID:pcN
(補足1)磁気共鳴をもう少し量子力学的にいうと、ダウンスピン(低エネルギー)とアップスピン(高エネルギー)の差に相当する電磁波エネルギー(光子)を電子が吸収することで、
電子のエネルギーが上がったり下がったりする現象。

(補足2)単純に確率だけでなく、「ダウン+アップ」なのか、「ダウン-アップ」なのか、つまり「重ね合わせが足し算なのか引き算なのか」という概念を「位相」という。
「ブロッホ球」という絵を使うと、この「位相」まで含めて「重ね合わせ」を表現できる。興味のある人は各自ググって欲しい。

78: モダンノマド 2017/02/11(土)15:32:49 ID:fDy
電気の位相変えたら引き算もできるのかよ!知らなかった

79: モダンノマド 2017/02/11(土)15:32:53 ID:RLo
電磁波エネルギーって光子なのか?紫外線だとばかり思っていたけど

80: モダンノマド 2017/02/11(土)15:34:19 ID:RLo
>>79
紫外線も光子のうちに入るか…

82: モダンノマド 2017/02/11(土)15:37:48 ID:nlx
現在のコンピュータが、フリップフロップで記憶するが、
漁師コンピュータでは、スピンによって記憶する

これでよいか?

84: モダンノマド 2017/02/11(土)15:41:10 ID:pcN
>>82
必ずしもスピンである必要はないけど、スピンが一番説明しやすいから採用してる
光子の場合は偏光を使う場合が多いし、原子の熱振動パターンを使うこともある。

83: モダンノマド 2017/02/11(土)15:38:57 ID:pcN
最後にデータの読み込み。初期化と同様に、端子G1の電圧を調節して、エネルギーをDアップ>R>Dダウンという状態をつくる。
すると、「もし電子がアップだったら、電子がRに逃げる」。
実は、位置Dにある電子は一種の「栓」の役割を果たしており、位置Dから電子がいなくなると、隣りのSET回路に電流が流れるように設計されている(単電子トランジスタ)。
この電流を検流計で測定することで、「電流が流れたらスピンはアップだった。電流が流れなかったら、スピンはダウンだった」という「観測」が行われる。
なお、その後電子は自動的にダウン状態に初期化されて位置Dに戻ってくるのは、「初期化」の説明で述べた通りである。

85: モダンノマド 2017/02/11(土)15:43:47 ID:fDy
じゃあ例えばここでは2つ電子のスピンの向きで計算結果が出てるわけだけど
並列処理したい場合は
これと同じ装置をいっぱい作るの?

それとも計算する最初の数値を3つとか4つにできるの?
その場合は偶数個でないと駄目?

87: モダンノマド 2017/02/11(土)15:47:15 ID:pcN
>>85
回路上に複数の電子を並べることもできる。

88: モダンノマド 2017/02/11(土)15:48:07 ID:pcN
さて、演算についてはもう少し細かく説明しよう。スピンが「回る」様子を観測した実験がこちら。
注意して欲しいのは、量子力学の実験(というか物理実験の殆ど)は「何回も測定して結果を平均している」ということ。
この実験でいえば、「初期化→電磁波を一定時間当てる→測定」というサイクルを何回も繰り返している。
例えば、「ダウン70%+アップ30%」という電子を測定しても、一回一回の測定ではアップになるかダウンになるかは分からない。でも繰り返し測定すると7割くらいダウンが出る、ということが分かるんだ。

no title

89: モダンノマド 2017/02/11(土)15:49:21 ID:pcN
そのことを頭に入れると、図が読みやすくなる。横軸の0秒(すなわち電磁波を当てない)では、スピンはダウンのままなので、電流は流れない。なので縦軸は0だ。
大体1.5マイクロ秒くらい電磁波を当てると、信号が最大になってることが分かる。つまり、ここで100%アップになっているということだ。
3マイクロ秒くらいで一周してるから、この振動の周期は大体0.3メガヘルツというところかな?
ちなみにこのスピンの回転をラビ振動といい、その周期はラビ周波数という。ラビ周波数はいわば、量子コンピュータのクロック周波数に相当する。
まあ、量子コンピュータの速さの本質はクロックにあるわけではないが、速いに越したことはないだろう。

90: モダンノマド 2017/02/11(土)15:51:23 ID:fDy
正解率7割とか不安定なコンピュータww
いや間違ってはないと思うけど

その分の回数計算すれば計算結果が遅くなるのか

94: モダンノマド 2017/02/11(土)15:53:38 ID:pcN
>>90
それはアルゴリズムによる。
ここで説明しているのは、あくまでたった1ビットの動作原理だから、
正解率云々って話ではない。

91: モダンノマド 2017/02/11(土)15:52:19 ID:VLD
正解率7割に出来るなら9.99割にも出来るんじゃないの?

93: モダンノマド 2017/02/11(土)15:53:26 ID:fDy
>>91
にじゅーすりっとの実験見ればわかるよきっと

94: モダンノマド 2017/02/11(土)15:53:38 ID:pcN
>>91
それはアルゴリズムによる。
ここで説明しているのは、あくまでたった1ビットの動作原理だから、
正解率云々って話ではない。

95: モダンノマド 2017/02/11(土)15:53:51 ID:Y3s
干渉させて100%にするんだろ

97: モダンノマド 2017/02/11(土)15:54:48 ID:Y3s
それよりおーぷんに人の論文の画像勝手に載せて大丈夫か

104: モダンノマド 2017/02/11(土)16:02:45 ID:pcN
>>97
まずいかもしれないから、一応参考文献を明記しておこう
"An addressable quantum dot qubit with fault-tolerant control-fidelity"
"A two-qubit logic gate in silicon"

98: モダンノマド 2017/02/11(土)15:54:49 ID:pcN
さて、ここまで説明すれば、理論の教科書を読んで「NOT演算」だとか「アダマール演算」だとか論理回路を出されても、
論理の裏で実際のチップがどのように動作しているかが想像できるようになるだろう。
結局、チップ上の回路に一定時間(この場合0.7マイクロ秒ほどでアダマールに、1.5マイクロ秒ほどでNOTになる)電磁波を流してるだけなんだ。

99: モダンノマド 2017/02/11(土)15:56:05 ID:fDy
>>98
え?電磁場っていうか光を流すの?

101: モダンノマド 2017/02/11(土)15:57:42 ID:pcN
>>99
ここで使われてれるのは、たぶんマイクロ波かラジオ波領域の電磁波だな

100: モダンノマド 2017/02/11(土)15:57:08 ID:fDy
電気じゃなくて?

102: モダンノマド 2017/02/11(土)15:58:30 ID:pcN
>>100
交流電流流したらそれはもう電磁波だよ、ざっくりいうと。

103: モダンノマド 2017/02/11(土)15:59:49 ID:fDy
>>102
電流流れてるのと電磁波(光?)が流れてるのは誤解を招くと思うけど・・・
俺が知識不足なだけならスマンけど

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