INHOUDSOPGAWE[Versteek][Wys]
Kwantumberekening verwerk data deur gebruik te maak van kwantummeganika-beginsels. Gevolglik vereis kwantumberekening 'n ander benadering as klassieke rekenaars. Die verwerker wat in kwantumrekenaars gebruik word, is een voorbeeld van hierdie onderskeid.
Terwyl tradisionele rekenaars silikon-gebaseerde verwerkers gebruik, gebruik kwantumrekenaars kwantumstelsels soos atome, ione, fotone of elektrone. Hulle gebruik kwantumkenmerke om bisse voor te stel wat in verskeie kwantumsuperposisies van 1 en 0 geskep kan word.
So, wat presies beteken die term "kwantum" in hierdie konteks? Is dit 'n beduidende sprong?
Die term kwantum is afgelei van die Latynse woord kwantum, wat "hoeveelheid" beteken. Dit is 'n 'diskrete hoeveelheid energie wat in grootte eweredig is aan die frekwensie van die straling wat dit verteenwoordig' in fisika. Diskreet verwys na iets wat nie kontinu of duidelik is nie. Quantum verwys na unieke of beduidende hoeveelhede in hierdie sin.
Wat is kwantumberekening?
Kwantumrekenaarkunde gebruik algebraïese metodes om algoritmes vir berekeninge te konstrueer, wat dikwels dieselfde of soortgelyk is aan dié wat in kwantumfisika gebruik word. Kwantummeganika verwys op sy beurt na 'n basiese fisika-teorie wat duik in die verduideliking van die natuur se fisiese eienskappe op die grootte van atome en subatomiese deeltjies.
A kwantum rekenaar is dus 'n hipotetiese rekenaar wat in staat is om sulke algoritmes te implementeer. Gevolglik is kwantumrekenaars fundamenteel gebaseer op kwantumbisse, ook bekend as kwantumbisse, wat uit 'n enkele elektron geskep kan word.
Die kwantummateriaal gedra volgens kwantummeganika-reëls, en maak gebruik van begrippe soos waarskynlike berekening, superposisie en verstrengeling. Hierdie idees dien as die grondslag vir kwantumalgoritmes, wat die vermoëns van kwantumrekenaars gebruik om ingewikkelde probleme aan te pak.
In hierdie artikel bespreek ek alles wat jy moet weet oor kwantumverstrengeling.
Wat is kwantumverstrengeling?
Kwantumverstrengeling vind plaas wanneer twee sisteme so nou aan mekaar gekoppel is dat die kennis van die een jou onmiddellike kennis gee van die ander, maak nie saak hoe ver van mekaar af is nie.
Wetenskaplikes soos Einstein was verstom oor hierdie verskynsel, wat hy "'n spookagtige optrede op 'n afstand" genoem het, aangesien dit die reël verbreek het dat geen inligting vinniger as die spoed van lig gestuur kan word nie. Bykomende eksperimente met behulp van fotone en elektrone het egter verstrengeling geverifieer.
Verstrengeling is die hoeksteen van kwantumberekening. Kwantumverstrengeling in fisika verwys na 'n hoogs sterk verband tussen kwantumdeeltjies. Hierdie verband is so sterk dat twee of meer kwantumdeeltjies onverbiddelik verbind kan word terwyl dit deur enorme afstande geskei word.
Om dit verder te begryp, oorweeg 'n eenvoudige vergelyking wat nie met fisika of rekenaar verband hou nie. Dink aan wat sou gebeur as nie een nie, maar twee munte gegooi word. Of een muntstuk op koppe of sterte beland, het gewoonlik min invloed op die uitkoms van die tweede muntgooi.
In die geval van verstrengeling is beide dele egter verbind of verstrengel, ongeag of hulle fisies apart is. In hierdie geval, as een muntstuk op koppe beland, sal die tweede munt eweneens koppe vertoon, en omgekeerd.
Verstaan van kwantumverstrengeling (met voorbeeld)
Kwantumverstrengeling is inderdaad 'n situasie waarin twee sisteme (tipies elektrone of fotone) so nou verbind is dat die verkryging van inligting oor een sisteem se “toestand” (die rigting van die elektron se spin, sê “Op”) onmiddellike kennis oor die ander sisteem se “toestand” (die rigting van die tweede elektron se spin, sê “Af”) ongeag hoe ver van mekaar hierdie stelsels bestaan.
Die frases "onmiddellik" en "ongeag hoe ver hulle uitmekaar is" is betekenisvol. Hierdie verskynsel het wetenskaplikes soos Einstein verwar, aangesien die toestand nie gedefinieer word voordat dit gemeet is nie, en inligtingsoordrag weerspreek die klassieke fisika-reël dat inligting nie vinniger as die spoed van lig gedra kan word nie.
Daar is egter bewys dat verstrengeling beide fotone en elektrone gebruik sedert die 1980's, danksy navorsing en toetsing wat in die 1980's begin het.
Twee subatomiese deeltjies (elektrone) kan geproduseer word sodat hulle deur 'n enkele golffunksie beskryf kan word. Verstrengeling kan in een metode bereik word deur toe te laat dat 'n ouerdeeltjie met nul spins verval in twee verstrengelde dogterdeeltjies met gelyke maar teenoorgestelde spins.
As twee dogterdeeltjies nie met enigiets in wisselwerking tree nie, sal hul golffunksies gelyk en opponerend bly, ongeag hoe ver van mekaar af gemeet word. Wetenskaplikes het deur middel van toetse vasgestel dat die tyd van verstrengeling geen impak op die inligting gehad het nie.
In plaas daarvan word inligting na die ander deeltjie gestuur teen 'n tempo vinniger as die spoed van lig slegs wanneer een deeltjie se inligting gemeet word.
Gevolglik vloei inligting teen hierdie tempo. Maar ons het geen beheer daaroor nie – hierdie gebrek aan beheer beperk die gebruike van Quantum Entanglement, soos om 'n boodskap of ander inligting vinniger as die spoed van lig te stuur.
Watter rol speel verstrengeling in kwantumberekening?
Die verandering van die toestand van 'n verstrengelde kwantumbit verander onmiddellik die toestand van die gepaarde kwantumbit in kwantumrekenaars. As gevolg hiervan versnel verstrengeling die verwerkingspoed van kwantumrekenaars.
Omdat die verwerking van een kwbit inligting oor talle kwbits openbaar, verhoog die verdubbeling van die aantal kwbits nie noodwendig die aantal prosesse (dws die verstrengelde kwbits) nie.
Kwantumverstrengeling, volgens studies, is nodig vir 'n kwantumalgoritme om 'n eksponensiële versnelling oor klassieke berekeninge te lewer.
Verstrengelingstoepassings in kwantumrekenaars
Verskeie toepassings kan baat vind by hierdie unieke fisiese eienskap, wat ons hede en toekoms sal verander. Kwantumkodering, superdigte kodering, miskien vinniger-as-lig-oordrag, en selfs teleportasie kan alles moontlik deur verstrengeling geaktiveer word.
Kwantumrekenaars het die potensiaal om tyd- en verwerkingskragintensiewe uitdagings aan te pak in 'n verskeidenheid industrieë, insluitend finansies en bankwese.
Kwantumverstrengeling is 'n verskynsel wat sulke rekenaars kan help deur die hoeveelheid tyd en verwerkingskrag te verminder wat nodig is om datavloei tussen hul qubits te hanteer.
1. Kwantumkriptografie
In klassieke kriptografie kodeer die sender die boodskap met een sleutel, terwyl die ontvanger dit met die gedeelde sleutel dekodeer. Die gevaar bestaan egter dat 'n derde party kennis oor die sleutels sal bekom en kriptografie kan onderskep en ondermyn.
Die skep van 'n veilige kanaal tussen die twee partye is die hoeksteen tot onbreekbare kriptografie. Verstrengeling kan dit veroorsaak. Aangesien die twee stelsels verstrengel is, word hulle met mekaar gekorreleer (wanneer die een verander, verander die ander ook), en geen derde party sal hierdie korrelasie deel nie.
Kwantumkriptografie trek ook voordeel uit geen kloning, wat beteken dat dit onmoontlik is om 'n identiese replika van 'n onbekende kwantumtoestand te genereer. As gevolg hiervan is dit onmoontlik om data wat in 'n kwantumtoestand geënkodeer is, te repliseer.
Met 'n ondeurdringbare kwantumsleutelverspreiding is kwantumkriptografie reeds gerealiseer (QKD). QKD gebruik ewekansig gepolariseerde fotone om inligting oor die sleutel te kommunikeer. Die ontvanger ontsyfer die sleutel met behulp van polariserende filters en die tegniek wat gebruik word om die boodskap te enkripteer.
Die geheime data word steeds deur standaard kommunikasielyne oorgedra, maar slegs die presiese kwantumsleutel kan die boodskap dekodeer. Omdat die "lees" van die gepolariseerde fotone hul toestande verander, waarsku enige afluistering die kommunikeerders oor die indringing.
QKD-tegnologie word tans beperk deur optieseveselkabel, wat 'n foton vir ongeveer 100 km kan lewer voordat dit te flou word om te ontvang. In 2004 het die eerste verstrengelde QKD-bankoorplasing in Oostenryk plaasgevind.
Om seker te maak die oordrag van onbreekbare en peutervrye kommunikasie wat bewysbaar veilig is gebaseer op fisiese beginsels, het ooglopende toepassings in finansies, bankwese, militêre, mediese en ander sektore. Verskeie besighede gebruik nou verstrengelde QKD.
2. Kwantum Teleportasie
Kwantumteleportasie is ook die metode om kwantuminligting tussen twee partye oor te dra, soos fotone, atome, elektrone en supergeleidende stroombane. Volgens navorsing laat teleportasie QC's in parallel loop terwyl minder elektrisiteit gebruik word, wat kragverbruik met 100 tot 1000 keer verlaag.
Die onderskeid tussen kwantumteleportasie en kwantumkriptografie is soos volg:
- Uitruiling van kwantumteleportasie Oor 'n klassieke kanaal word "kwantum" inligting gestuur.
- Uitruiling van kwantumkriptografie Oor 'n kwantumkanaal word "klassieke" inligting gestuur.
Die kragbehoeftes van kwantumrekenaars genereer hitte, wat 'n uitdaging is aangesien hulle by sulke lae temperature moet werk. Teleportasie het die potensiaal om te lei tot ontwerpoplossings wat die ontwikkeling van kwantumrekenaars sal versnel.
3. Biologiese sisteem
Die menslike liggaam, soos alle wesens, verander voortdurend as gevolg van die interaksie van miljoene chemiese en biologiese prosesse. Tot onlangs is aanvaar dat hulle lineêr was, met "A" wat na "B" lei. Kwantumbiologie en biofisika het egter 'n groot hoeveelheid samehang binne biologiese stelsels ontbloot, met QE wat 'n rol speel.
Die manier waarop die diverse subeenhede van proteïen strukture saamgepak word, word ontwikkel om volgehoue kwantumverstrengeling en samehang moontlik te maak. Kwantumbiologie is steeds 'n teoretiese onderwerp met verskeie onbeantwoorde bekommernisse; wanneer hulle aangespreek word, sal toepassings in medisyne toenemend sigbaar word.
Kwantumberekening, in teorie, lyk dalk beter na die natuur (deur atoombinding te simuleer) en kwantumbiologiese stelsels as klassieke rekenaars.
4. Superdense kodering
Superdigte kodering is die metode om twee konvensionele stukkies inligting oor te dra deur 'n enkele verstrengelde kwbit te gebruik. Kode wat superdigt is kan:
- Laat die gebruiker toe om die helfte te stuur van wat nodig is om 'n klassieke boodskap voor die tyd te rekonstrueer, wat die gebruiker toelaat om teen dubbel die spoed te kommunikeer totdat die vooraf-afgelewerde qubits opraak.
- 'n Tweerigting-kwantumkanaal se kapasiteit in een rigting word verdubbel.
- Skakel hoë-latency-bandwydte om na lae-latency-bandwydte deur die helfte van die data oor die hoë-latency-kanaal te versend om die data wat oor die lae-latency-kanaal inkom, te ondersteun.
Elke generasie van kommunikasie het gevra vir meer data-oordrag. 'n Vergelykbare wins in inligting sal moontlik wees met superdigte kodering.
Gevolgtrekking
Kwantumverstrengeling kan ons in staat stel om op voorheen ondenkbare maniere met data te werk. Deur kwantumberekening met verstrengeling te integreer, sal ons kwessies wat 'n groot hoeveelheid data verg, op 'n meer doeltreffende en veilige manier kan beantwoord.
Met die byvoeging van biologiese en astronomiese toepassings, kan QE gebruik word om die kwessies te beantwoord wat mense lank nadink: waar het ons vandaan gekom en hoe het dit alles begin?
Hoe meer tegnologie vorder, hoe meer toepassings sal ons daarvoor vind - dit het 'n geweldige belofte!
Lewer Kommentaar