WWW.BOOK.LIB-I.RU
БЕСПЛАТНАЯ  ИНТЕРНЕТ  БИБЛИОТЕКА - Электронные ресурсы
 

«НОМАИ ДОНИШГОЊ силсилаи илмњои табиатшиносї ва иќтисодї УЧЁНЫЕ ЗАПИСКИ серия естественные и экономические науки №1 (40) ХУЉАНД - 2017 ХУДЖАНД - 2017 Журнал включен с ...»

ВАЗОРАТИ МАОРИФ ВА ИЛМИ ЉУМЊУРИИ ТОЉИКИСТОН

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РЕСПУБЛИКИ ТАДЖИКИСТАН

ДОНИШГОЊИ ДАВЛАТИИ ХУЉАНД БА НОМИ

АКАДЕМИК БОБОЉОН FАФУРОВ

ХУДЖАНДСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

ИМЕНИ АКАДЕМИКА БАБАДЖАНА ГАФУРОВА

НОМАИ ДОНИШГОЊ

силсилаи илмњои табиатшиносї ва иќтисодї

УЧЁНЫЕ ЗАПИСКИ

серия естественные и экономические науки №1 (40) ХУЉАНД - 2017 ХУДЖАНД - 2017 Журнал включен с 3.06.2016 в Перечень рецензируемых научных изданий, в которых должны быть опубликованы основные научные результаты диссертаций на соискание ученой степени кандидата наук, ученой степени доктора наук Министерства образования и науки Российской Федерации.

БК 86.39 Маљалла аз соли 1948 чоп мешавад Н 34 Журнал издаётся с 1948 года Сармуаррир: Хабилов Толибљон одирович, доктори илмои биолог, профессор Муаррири масъул: Абдуманнонов Абдуалї, доктори илмњои физика-математика, профессор Главный редактор: Хабилов Толибджон Кадырович, доктор биологических наук, профессор Отвественный редактор: Абдуманнонов Абдуали, доктор физико-математических наук, профессор

ШРОИ БАЙНАЛХАЛИИ ТАРИР



Гаев А.Я.-доктори илмои геология-минералогия, профессор, академики АИТР (Донишгои давлатии Оренбург, Оренбург, Русия), Гашев С.Н.-доктори илмои биолог, профессор (Донишгои давлатии Тюмен, Тюмень, Русия), Кадомсев А.Г.-доктори илмои физикаматематика, мудири лабораторияи физикаи мустакам Институти физико-техникии ба номи А.Ф.Иоффе АИР (Санкт-Петербург, Русия), Лексовский А.М.–доктори илмои физикаматематика, профессор, корманди пешбари илми Институти физико-техникии ба номи А.Ф.Иоффе АИР (Санкт-Петербург, Русия), Нозимов А.Б.-доктори илмои физикаматематика, профессори кафедраи математикаи олии Донишгои давлатии Вологда (Вологда, Русия), Холмуродов Х.Т.-доктори илмои физика-математика, профессор (Институти муттаидаи тадиоти ядрої, ш. Дубна, Русия).

ЊАЙАТИ ТАЊРИРИЯ Абдуманнонов А.А.–доктори илмои физика-математика, профессор, Абдурањимов С.Я. – доктори илмњои геология-минералогия, профессор, Исломов О.А.-доктори илмњои педагогї, профессор, Ќодиров А.Л.–доктори илмњои иќтисодї, профессор, Мўњсинов А.–доктори илмњои физика-математика, профессор, Мавлонов Р.–номзади илмхои иктисодї, дотсент, Хабилов Т.К.-доктори илмњои биологї, профессор (сармухаррир), Юнусов М.-доктори илмњои химия, профессор.

МЕЖДУНАРОДНЫЙ РЕДАКЦИОННЫЙ СОВЕТ

Гаев А.Я.-доктор геолого-минералогических наук, профессор, академик РАЕН (Оренбургский госуниверситет, Оренбург, Россия), Гашев С.Н.-доктор биологических наук, профессор (Тюменский госуниверситет, Тюмень, Россия), Кадомцев-А.Г.-доктор физикоматематических наук, заведующий лабораторией физики прочности (Физико-технический институт им. А.Ф.Иоффе РАН, Санкт-Петербург, Россия), Лексовский А.М.–доктор физикоматематических наук, ведущий научный сотрудник (Физико-технический институт им.

А.Ф.Иоффе РАН, Санкт-Петербург, Россия), Назимов А.Б.-доктор физико-математических наук, профессор кафедры высшей математики (Вологодский госуниверситета, Вологда, Россия), Холмуродов Х.Т.-доктор физико-математических наук, профессор (ОИЯИ, Дубна, Россия).





РЕДАКЦИОННАЯ КОЛЛЕГИЯ

Абдуманнонов А.А.-доктор физико-математических наук, профессор, Абдурахимов С.Я.доктор геолого-минералогических наук, профессор, Исломов О.А.-доктор педагогических наук, профессор, Кадыров А.Л.-доктор экономических наук, профессор, Мухсинов А.-доктор физико-математических наук, профессор, Мавлонов Р.-кандидат экономических наук, доцент, Хабилов Т.К.-доктор биологических наук, профессор (главный редактор), Юнусов М.-доктор химических наук, профессор.

–  –  –

Х.Гафуров, Х.А.Тошходжаев, Б.И.Назаров, С.Ф.Абдуллаев

ПРИМЕНЕНИЕ СИНХРОНИЗАЦИИ ПРОДОЛЬНЫХ МОД ЛАЗЕРОВ ДЛЯ

ФОРМИРОВАНИЯ МНОГОБИТНОЙ ИНФОРМАЦИИ

e-mail: halim@rambler.ru mr.toshkhodzhaev@mail.ru Ключевые слова: информация, квантовый компьютер, синхронизация мод, лазер, световой бит, суммирование гармонических колебаний, спектр сигнала.

В обычных компьютерах основной единицей измерения объема информации является бит или bit – binary digit – двоичное число.

Один бит равен объему информации одного разряда двоичного числа, который с равной вероятностью может принимать значения 0 или 1.

В микропроцессорных системах для обработки и хранения информации применяется двоичная система исчисления, использующая только 0 и 1. Также известно, что логическую основу компьютеров составляет Булева алгебра или алгебра логики, основанная на логических аргументах и логических функциях, принимающих только два значения 0 или 1. Принятие такой основы было связано с тем обстоятельством, что создать электронное устройство с двумя состояниями проще. Например, триггер, это ключ, который может быть замкнут или разомкнут, или участок твердого тела намагниченный или размагниченный и т. д.

Однако, сегодня мы имеем ситуацию стремительного роста потребности в вычислительных мощностях и разработке всё новых систем с применением параллельного выполнения многих задач, направленных на решение сложных проблем. В связи с этим, уже разработаны и выпускаются различные варианты многоядерных микропроцессоров.

Потребность к более быстрому решению сложных задач с обработкой большого объема информации в научных исследованиях с учетом безопасности и управления привели к идее создания квантовых компьютеров.

В соответствии с бурно развивающимся интересом к данному направлению науки, техники и технологии сформулированы основные требования к составным частям элементной базе и самим суперкомпьютерным системам [1,2]. Среди основных идей по элементной базе квантовых компьютеров наиболее перспективными названы полупроводниковые квантовые компьютеры ядерного магнитного резонанса (ЯМР), квантовые компьютеры на переходах Джозефсона и квантовые компьютеры на квантовых точках. В качестве уникальной альтернативы к модели полупроводникового квантового ЯМР – компьютера, названного полупроводниковым квантовым ЯМР, предложен компьютер с использованием СВЧ и лазерных импульсов, который облегчает задачу анализа и отсчета состояний отдельных кубитов. Исследования данного направления ведутся целенаправленно и интенсивно, поскольку уже известны созданные элементы гибридных квантовых систем, объединяющих квантовую электродинамическую цепь с легированными ионами твердых тел для хранения и обработки квантовой информации [3].

Магнитные ионы служат в качестве когерентных элементов памяти и элементов обратимых преобразованных микроволн оптических кубитов, проходящих через кристалл.

Среди всевозможных легированных твердых тел, ионы - элемента эрбия имеют уникальную возможность для когерентного преобразования микроволновых фотонов в полосе связи около 1.54 нм, используемых на больших расстояниях [3].

Единицей информации в квантовых компьютерах называется кубит, квантовый бит или qbit – quantum binary digit – квантовое двоичное число.

Разница qbit от bit заключается в том, что в отличие от bit, qbit имеет большой объем информации. Каждый кубит является суперпозицией или запутанностью n-бит информации и один кубит может иметь 2n значений. В данном случае получается, что один кубит равен 2n бит информации. Таким образом, если создать такой компьютер, то он за один цикл обрабатывает 2n раз больше объема информации. Кроме того, если этот процесс обеспечивается за счёт квантовых эффектов, то нет необходимости распространения электрического сигнала в электронной схеме, требующего гораздо больше времени, связанного с процессами переноса и рассеивания носителей зарядов.

Это огромный выигрыш во времени, позволяющий ускорить процесс обработки данных, что привлекает интерес многих разработчиков, новых компьютерных систем - квантовых компьютеров. Исходя из задач решаемых с использованием квантовых компьютеров, сформулированы основные требования к элементной базе, в числе которых можно назвать содержание более 103 хорошо различаемых кубитов, возможность перехода в исходное состояние (инициализация), устойчивость внешним воздействиям (стабильность кубитов), быстродействие выполнения логических и других преобразований и достаточно высокую надежность измерения состояния квантовой системы на выходе [1].

Анализ многочисленных исследований, связанных с квантовыми компьютерами, показали наличие многообразия и в тоже время, конкретных задач интересующих ряд влиятельных научных центров и групп [4-11]. Полученные результаты находят широкий резонанс в публикациях международных журналов. Конечно, предложить что-нибудь существенное, по элементной базе, технологии, структуре, свойствах и способах для квантовых компьютеров - это прежде всего, большая ответственность. С другой стороны, квантовые компьютеры сегодня не изготавливаются серийно, а являются уникальными устройствами, что связано со многими нерешенными задачами, которые находятся на стадии научных исследований, и любая новая информация может быть полезной для создателей и разработчиков квантовых компьютеров. Поэтому, авторы предлагают использовать синхронизацию продольных мод лазера и формирование сверхкоротких световых импульсов в качестве источника многобитной информации (оптических кубитов).

Режим синхронизации продольных мод лазера характеризуется достаточно сильной связью набора эквидистантных, по шкале частот электромагнитных волн с высокой стабильностью, формирующей сверхкороткие световые импульсы. При этом, чем больше число волн, тем короче длительность светового импульса. Если каждая синхронизированная волна является носителем одного бита информации, то получается, что чем больше объем информации в одном таком импульсе, тем меньше ее длительность.

Это - уникальная возможность сжатия информации, которую на сегодняшний день не применяют в квантовых компьютерах.

Рассмотрим, какими свойствами обладает результат синхронизации нескольких эквидистантных волн и может ли результирующая волна быть носителем многобитной информации. При синхронизации волн, прежде всего, возможна их суперпозиция и формирование результирующей волны.

Поэтому, рассмотрим несколько синусоидальных эквидистантных волн, каждая из которых является носителем одного бита информации и может создавать некую результирующую волну в виде следующей суммы:

(1) D - амплитуда волн, - начальная частота волн, k- число волн, кроме начальной, nm,j – массив из 0 и 1 и количество элементов равное k+1, определяющее количество суммируемых волн, что в свою очередь, определяет размер информации результирующей волны, которую назовем лайбит = 2k+1 бит (libit - light binary digit - световое двоичное число).

Рассчитаем эту величину для всевозможных значений битов nm,j и лайбит по формуле (1).

В качестве начальных параметров синусоидального сигнала берем четыре эквидистантные волны с начальной частотой 100 МГц и частотным интервалом между ними, равным 50 МГц, амплитуда каждой волны равно 1; и для расчета выберем значения параметров, = 50 МГц, = 100 МГц, k = 3, D = 1.

Двоичное число задается в виде однострочной матрицы n0,j, содержащей четыре элемента (поскольку k=3 и могут быть варианты j=0,1,2,3). Результаты расчетов приведены в виде таблицы 1.

Таблица 1.

n0,j y(t) – результат синхронизованных волн - лайбит Из приведенных в табл.1 результатов видно, что результирующее поле синхронизированных волн за счет интерференции четырёх волн однозначно определяется заданным двоичным кодом n0,j и они хорошо различимы между собой. Результаты исследования режима синхронизации продольных мод лазеров [12] и возможность создания «частотной гребенки», служащей стандартом высокоточного измерения частот [13], по-видимому, могут быть использованы при создании квантовых компьютеров.

Действительно, описанные в этих работах условия являются примерами реализации условия запутывания огромного количества электромагнитных волн, имеющих очень большую стабильность [12]. Остается только придумать каким образом следует кодировать «частотные гребенки» или набор эквидистантных продольных мод согласно заданного двоичного кода количества битов в которых будет определяться количество частот в гребенке или количество продольных мод лазера в режиме синхронизации мод.

Для решения этой задачи лучше использовать оптоволоконные системы, где имеется гораздо больше возможности управления взаимодействием множества электромагнитных волн [14].

Другим немаловажным вопросом является то, что каким образом из синхронизованных волн можно будет получить информацию о значении двоичного кода nm,j. Эта задача связана с определением частотного содержания синхронизованной волны y(t) и называется спектральным анализом.

Математическим аналогом спектрального анализа является преобразование Фурье заданного временного сигнала и поэтому нам необходимо будет вычислить функции:

–  –  –

На основе сравнения данных n0,j и |S(x)| приведенных в табл.2 можно отметить однозначное соответствие спектра сигнала двоичному числу, которое было задано при формировании суммарного сигнала y(t).

В связи с этим можно сделать следующие выводы:

1. Суммирование волн с кратной разностью частот – эквидистантные волны – «частотная гребенка», являются удобным для формирования запутанных волн или кубитов (лайбитов).

2. Световой импульс, как результат сложения большого количества гармонических волн, является удобным инструментом считывания информации многобитных квантовых структур (квантовой ячейки памяти или квантового регистра).

3. Синхронизованные эквидистантные волны сохраняют заданное значение многораз-рядного двоичного числа – лайбит, которое однозначно выражается в спектре волны.

4. Лазеры, работающие в режиме синхронизации продольных мод или излучающие в виде «частотной гребенки», могут быть использованы для формирования лайбита и увеличения объема обрабатываемой информации.

5. Длительность лайбита обратно пропорциональна объему информации и чем больше объем информации, тем короче длительность лайбит.

ЛИТЕРАТУРА

1. Вахний Т.В., Гуц А.К. Физические основы и проблемы технической реализации квантового компьютера. Математич-е структуры и моделирование, 2011, вып.22, С. 38-47.

2. Валиев К.А., Кокин А.А. Квантовые компьютеры: надежды и реальность. Ижевск: РХД, 2001, - 352 с.

3. S.Probst, H.Rotzinger, A.V.Ustinov, and P.A.Bushev Microwave multimode memory with an erbium spin ensemble. Phys. Rev. B 92, 014421 – Published 23 July 2015.

4. M.Maiti1, K.M.Kulikov1, K.Sengupta, and Y.M.Shukrinov. Josephson junctions detectors for Majorana modes and Dirac fermions BLTP, JINR, Dubna, Moscow region, 141980, Russia.

Theoretical Physics Department, Indian Association for the Cultivation of Science, Jadavpur, Kolkata 700 032, India. November 4, 2015.

5. T.M.Benseman, A.E.Koshelev, K.E.Gray, W.-K.Kwok, U.Welp, K.Kadowaki, M.Tachiki, and T.Yamamoto Tunable terahertz emission from Bi2Sr2CaCu2O8+ mesa devices, Phys. Rev.

B 84, 064523 – Published 24 August 2011.

6. A.E.Koshelev and L.N.Bulaevskii Resonant electromagnetic emission from intrinsic Josephson-junction stacks with laterally modulated Josephson critical current Phys. Rev. B 77, 014530 – Published 30 January 2008.

7. L.N.Bulaevskii, A.E.Koshelev Radiation from a Single Josephson Junction into Free Space due to Josephson Oscillations Phys. Rev. Lett. 97, 267001 – Published 26 December 2006.

8. L.N.Bulaevskii, A.E.Koshelev Radiation due to Josephson Oscillations in Layered Superconductors Phys. Rev. Lett. 99, 057002 – Published 2 August 2007.

9. B.Gross, J.Yuan, D.Y.An, M.Y.Li, N.Kinev, X.J.Zhou, M.Ji, Y.Huang, T.Hatano, R.G.Mints, V.P.Koshelets, P.H.Wu, H.B.Wang, D.Koelle, and R.Kleiner Modeling the linewidth dependence of coherent terahertz emission from intrinsic Josephson junction stacks in the hotspot regime Phys. Rev. B 88, 014524 – Published 25 July 2013.

10. H.B.Wang, S.Gunon, B.Gross, J.Yuan, Z.G.Jiang, Y.Y.Zhong, M.Grnzweig, A.Iishi, P.H.Wu, T.Hatano, D.Koelle, and R.Kleiner Coherent Terahertz Emission of Intrinsic Josephson Junction Stacks in the Hot Spot Regime. Phys. Rev. Lett. 105, 057002 – Published 28 July 2010.

11. A.E.Koshelev Alternating dynamic state self-generated by internal resonance in stacks of intrinsic Josephson junctions. Phys. Rev. B 78, 174509 – Published 7 November, 2008.

12. Криндач Д.П., Назаров Б.И., Гафуров Х. Фемтотехнология световых импульсов Душанбе, Ирфон, 2016 – 156 с.

13. Нобелевские лекции Дж.Л.Холла и Т.В.Хэнша //УФН 176. 1353 (2006).

14. R.Kashyap Fiber Bragg Gratings (San Diego: Acad. Press, 1999). Y.S.Fedotov, A.V.

Ivanenko, S.M.Kobtsev, and S.V.Smirnov High average power mode-locked figure-eight Yb fibre master oscillator, Optics Express, 2014, Vol. 22, No. 25.

–  –  –

Ключевые слова: информация, квантовый компьютер, синхронизация мод, лазер, световой бит, суммирование гармонических колебаний, спектр сигнала.

Статья посвящена теме создания элементной базы квантовых компьютеров, используемых для быстрого решения широкого круга сложнейших задач управления, анализа и прогнозирования. Несмотря на многочисленные разработки и создание приемлемой элементной базы для квантовых компьютеров, остается актуальным вопрос о проведении современных научных исследований и инженерно-технических разработок в области квантовых компьютеров. С одной стороны, это свидетельствует о наличии белых пятен в новой элементной базе, а с другой стороны - о существовании реальной потребности в квантовых компьютерах для мировых информационных систем. Научная новизна данной работы заключается во внесении предложения использовать режим синхронизации продольных мод лазеров для получения световых импульсов, содержащих информацию о нескольких битах.

H.Gafurov, H.A.Toshhodzhaev, B.I.Nazarov, S.F.Abdullaev Application of synchronization of longitudinal mode lasers for generation of a multi-bit information e-mail: halim@rambler.ru mr.toshkhodzhaev@mail.ru Key words: information, quantum computer, mode-locking, laser, light bit, summation of the harmonic fluctuations, spectrum of the signal.

The present article concerns the issues of the making the basic elements of quantum computer, used for quick resolving the broad circle of the difficult problems of management, analysis and prediction. In spite of multiple developments, the making the acceptable basic elements quantum computer remains the actual subject of the scientific studies and engineeringtechnical developments. On the one hand this is indicative of existence many white heel new element base, but on the other hand it show presence real needs of quantum computer for world information systems. Scientific novelty this work is concluded in offer to use the mode-locking of laser for construction light pulse containing information on several bits.














 
2017 www.book.lib-i.ru - «Бесплатная электронная библиотека - электронные ресурсы»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.