ኳንተም ማስላት የኳንተም ሜካኒክስ መርሆዎችን በመጠቀም መረጃን ያስኬዳል። በውጤቱም, ኳንተም ማስላት ከጥንታዊ ስሌት የተለየ አቀራረብ ይጠይቃል. በኳንተም ኮምፒተሮች ውስጥ ጥቅም ላይ የዋለው ፕሮሰሰር የዚህ ልዩነት አንዱ ማሳያ ነው።
ባህላዊ ኮምፒውተሮች በሲሊኮን ላይ የተመሰረቱ ፕሮሰሰሮችን ሲቀጥሉ፣ ኳንተም ኮምፒውተሮች እንደ አቶሞች፣ ionዎች፣ ፎቶኖች ወይም ኤሌክትሮኖች ያሉ የኳንተም ስርዓቶችን ይጠቀማሉ። በተለያዩ የ 1 እና 0 የኳንተም ሱፐር ቦታዎች ላይ ሊፈጠሩ የሚችሉ ቢትዎችን ለመወከል የኳንተም ባህሪያትን ይጠቀማሉ።
ስለዚህ፣ በዚህ አውድ ውስጥ በትክክል “ኳንተም” የሚለው ቃል ምን ማለት ነው? ጉልህ የሆነ ዝላይ ነው?
ኳንተም የሚለው ቃል ከላቲን ኳንተም የተገኘ ሲሆን ትርጉሙም “ብዛት” ማለት ነው። እሱ በፊዚክስ ውስጥ 'ከሚያመለክተው የጨረራ ድግግሞሽ መጠን ጋር ተመጣጣኝ የሆነ የተወሰነ የኃይል መጠን' ነው። ዲክሪት የማይቋረጥ ወይም የተለየ ያልሆነን ነገር ያመለክታል። ኳንተም የሚያመለክተው በዚህ መልኩ ልዩ ወይም ከፍተኛ መጠን ነው።
ኳንተም ማስላት ምንድን ነው?
የኳንተም ስሌት ብዙ ጊዜ በኳንተም ፊዚክስ ውስጥ ጥቅም ላይ ከዋሉት ጋር ተመሳሳይ ወይም ተመሳሳይ የሆኑ የስሌቶችን ስልተ ቀመሮችን ለመገንባት የአልጀብራ ዘዴዎችን እየተጠቀመ ነው። ኳንተም ሜካኒክስ በበኩሉ በአተሞች እና በንዑስአቶሚክ ቅንጣቶች መጠን የተፈጥሮን አካላዊ ባህሪያት ማብራሪያ ውስጥ ዘልቆ የሚገባውን መሰረታዊ የፊዚክስ ንድፈ ሃሳብ ያመለክታል።
A የቁጥር ኮምፒተር እንደዚህ ያሉ ስልተ ቀመሮችን መተግበር የሚችል መላምታዊ ኮምፒውተር ነው። በውጤቱም, ኳንተም ኮምፒውተሮች በመሠረቱ በኳንተም ቢትስ ላይ የተመሰረቱ ናቸው, እንዲሁም qubits በመባል ይታወቃሉ, እሱም ከአንድ ኤሌክትሮን ሊፈጠር ይችላል.
የኳንተም ቁሳቁስ በኳንተም ሜካኒክስ ህጎች መሰረት ይሠራል፣ እንደ ፕሮባቢሊስቲክ ስሌት፣ ሱፐርፖዚሽን እና የመሳሰሉትን ሃሳቦች ይጠቀማል። ተጣላቂነት. እነዚህ ሃሳቦች ውስብስብ ችግሮችን ለመፍታት የኳንተም ኮምፒውተሮችን አቅም ለሚጠቀሙ የኳንተም ስልተ ቀመሮች መሰረት ሆነው ያገለግላሉ።
በዚህ ጽሑፍ ውስጥ ስለ ኳንተም መጨናነቅ ማወቅ ያለብዎትን ሁሉ እነጋገራለሁ።
የኳንተም ጥልፍልፍ ምንድን ነው?
የኳንተም መጨናነቅ የሚከሰተው ሁለቱ ሲስተሞች በጣም በቅርብ የተሳሰሩ ሲሆኑ ስለ አንዱ ማወቁ የቱንም ያህል ቢራራቁ ስለሌላው ወዲያውኑ እውቀት ይሰጥዎታል።
እንደ አይንስታይን ያሉ ሳይንቲስቶች ምንም አይነት መረጃ ከብርሃን ፍጥነት በላይ መላክ አይቻልም የሚለውን ህግ ስለጣሰ "በሩቅ ላይ የሚፈጸም አስፈሪ ድርጊት" በማለት በዚህ ክስተት ግራ ተጋብቷቸዋል. ፎቶን እና ኤሌክትሮኖችን በመጠቀም ተጨማሪ ሙከራዎች ግን መጠላለፍ ተረጋግጠዋል።
ጥልፍልፍ የኳንተም ስሌት የማዕዘን ድንጋይ ነው። በፊዚክስ ውስጥ የኳንተም ጥልፍልፍ በኳንተም ቅንጣቶች መካከል በጣም ጠንካራ ግንኙነትን ያመለክታል። ይህ ግንኙነት በጣም ጠንካራ ከመሆኑ የተነሳ ሁለት ወይም ከዚያ በላይ የሆኑ የኳንተም ቅንጣቶች በታላቅ ርቀት ሲለያዩ ሊጣመሩ ይችላሉ።
ይህንን የበለጠ ለመረዳት ከፊዚክስ ወይም ከኮምፒውተር ጋር ያልተገናኘ ቀላል ንፅፅርን አስቡበት። አንድ ካልሆነ ምን እንደሚሆን አስቡ, ነገር ግን ሁለት ሳንቲሞች ተጣሉ. አብዛኛውን ጊዜ አንድ ሳንቲም በጭንቅላቱ ላይ ወይም በጅራቱ ላይ ቢያርፍ በሁለተኛው ሳንቲም መወርወር ላይ ምንም ተጽእኖ የለውም.
ነገር ግን, በመጥለፍ ሁኔታ, ሁለቱም ክፍሎች በአካል ተለያይተው ባይሆኑም የተገናኙ ወይም የተጣበቁ ናቸው. በዚህ ሁኔታ, አንድ ሳንቲም በጭንቅላቶች ላይ ካረፈ, ሁለተኛው ሳንቲም እንዲሁ ራሶችን ያሳያል, እና በተቃራኒው.
የኳንተም ጥልፍልፍን መረዳት (በምሳሌ)
የኳንተም ጥልፍልፍ (Quantum entanglement) ሁለት ሲስተሞች (በተለይ ኤሌክትሮኖች ወይም ፎቶኖች) በቅርበት የተሳሰሩበት ሁኔታ ስለሆነ ስለአንዱ ስርዓት “ሁኔታ” መረጃ ማግኘት (የኤሌክትሮን ስፒን አቅጣጫ “ላይ” በለው) ስለሌላው ስርአት ፈጣን እውቀት የሚሰጥበት ሁኔታ ነው። “ግዛት” (የሁለተኛው የኤሌክትሮን ሽክርክሪት አቅጣጫ፣ “ወደታች” ይበሉ) እነዚህ ስርዓቶች የቱንም ያህል ርቀት ቢለያዩም።
“ፈጣን” እና “ምንም ያህል ርቀት ቢለያዩም” የሚሉት ሀረጎች ጉልህ ናቸው። ይህ ክስተት እንደ አንስታይን ያሉ ሳይንቲስቶችን ግራ አጋብቷቸዋል፤ ምክንያቱም ግዛቱ እስካልተለካ ድረስ ግዛቱ አልተገለጸም እና የመረጃ ስርጭት መረጃን ከብርሃን ፍጥነት በላይ መውሰድ አይቻልም የሚለውን የክላሲካል ፊዚክስ ህግን የሚጻረር ነው።
ነገር ግን ጥልፍልፍ በ1980ዎቹ በተጀመረው ጥናትና ምርምር ምስጋና ይግባውና ከ1980ዎቹ ጀምሮ ሁለቱንም ፎቶኖች እና ኤሌክትሮኖች እንደሚጠቀም ተረጋግጧል።
በአንድ ሞገድ ተግባር እንዲገለጽ ሁለት ንዑስ ንዑስ ቅንጣቶች (ኤሌክትሮኖች) ሊፈጠሩ ይችላሉ። ዜሮ እሽክርክሪት ያለው የወላጅ ቅንጣት ወደ ሁለት የተጣመሩ የሴት ልጅ ቅንጣቶች እኩል ነገር ግን ተቃራኒ እሽክርክሪት እንዲበሰብስ በመፍቀድ መጠላለፍ በአንድ ዘዴ ሊገኝ ይችላል።
የሁለት ሴት ልጅ ቅንጣቶች ከምንም ጋር የማይገናኙ ከሆነ፣ የቱንም ያህል ቢለያዩ የማዕበል ተግባራቸው እኩል እና ተቃራኒ ሆነው ይቆያሉ። የሳይንስ ሊቃውንት በምርመራው ወቅት የድብደባ ጊዜ በመረጃው ላይ ምንም ተጽእኖ እንደሌለው ወስነዋል.
ይልቁንስ መረጃ ወደ ሌላኛው ቅንጣቢ የሚላከው ከብርሃን ፍጥነት በበለጠ ፍጥነት የአንድ ቅንጣት መረጃ ሲለካ ነው።
በውጤቱም, መረጃ በዚህ ፍጥነት ይፈስሳል. ነገር ግን በእሱ ላይ ምንም ቁጥጥር የለንም - ይህ የቁጥጥር እጥረት የኳንተም ኢንታንግልን አጠቃቀምን ይገድባል, ለምሳሌ መልእክት ወይም ሌላ መረጃ ከብርሃን ፍጥነት በበለጠ ፍጥነት መላክ.
ጥልፍልፍ በኳንተም ስሌት ውስጥ ምን ሚና ይጫወታል?
የተጠላለፈ qubit ሁኔታን መቀየር በቅጽበት የተጣመረ ኩቢትን ሁኔታ በኳንተም ኮምፒውተሮች ይለውጠዋል። በውጤቱም, ጥልፍልፍ የኳንተም ኮምፒዩተሮችን ሂደት ፍጥነት ያፋጥናል.
አንድ ኩቢትን ማካሄድ ስለ ብዙ ኩቢቶች መረጃ ስለሚያሳይ፣ የኩቢትን ቁጥር በእጥፍ ማሳደግ የግድ የሂደቶችን ብዛት አይጨምርም (ማለትም፣ የተጣመሩ qubits)።
በጥንታዊ ስሌቶች ላይ ገላጭ ፍጥነትን ለማድረስ የኳንተም ስልተ ቀመር ኳንተም ጥልፍልፍ ያስፈልጋል።
በኳንተም ኮምፒዩቲንግ ውስጥ የመጠላለፍ መተግበሪያዎች
ብዙ አፕሊኬሽኖች ከዚህ አይነት አንድ አካላዊ ባህሪ ሊጠቀሙ ይችላሉ፣ ይህም የአሁኑን እና የወደፊቱን ይለውጣል። የኳንተም ኢንክሪፕሽን፣ ልዕለ ጥቅጥቅ ያለ ኮድ መስጠት፣ ምናልባት ከብርሃን ፍጥነት በላይ ማስተላለፍ እና ቴሌ ፖርቲሽን እንኳን ሁሉም በመጠላለፍ ሊነቃ ይችላል።
ኳንተም ኮምፒውተሮች ፋይናንስን እና ባንክን ጨምሮ በተለያዩ ኢንዱስትሪዎች ውስጥ ጊዜን ለመቅረፍ እና ሃይል-ተኮር ተግዳሮቶችን የማስኬድ አቅም አላቸው።
የኳንተም ጥልፍልፍ እንደዚህ አይነት ኮምፒውተሮች በኳንታቸው መካከል ያለውን የመረጃ ፍሰት ለመቆጣጠር የሚያስፈልገው የጊዜ መጠን እና የማቀናበር ሃይል በመቀነስ ሊረዳቸው የሚችል ክስተት ነው።
1. የኳንተም ክሪፕቶግራፊ
በክላሲካል ክሪፕቶግራፊ ውስጥ ላኪው መልእክቱን በአንድ ቁልፍ ይደብቃል፣ ተቀባዩ ግን በተጋራው ቁልፍ ይፈታዋል። ነገር ግን፣ ሶስተኛ አካል ስለ ቁልፎቹ እውቀትን የማግኘቱ እና ክሪፕቶግራፊን ለመጥለፍ እና ለማዳከም የሚችልበት አደጋ አለ።
በሁለቱ ወገኖች መካከል ደህንነቱ የተጠበቀ ቻናል መፍጠር ለማይበጠስ ምስጠራ የማዕዘን ድንጋይ ነው። መጠላለፍ ይህንን ሊያስከትል ይችላል። ሁለቱ ስርዓቶች እርስ በርስ ሲተሳሰሩ, እርስ በእርሳቸው የተቆራኙ ናቸው (አንዱ ሲቀየር, ሌላውም እንዲሁ), እና ማንም ሶስተኛ አካል ይህንን ዝምድና አይጋራም.
ኳንተም ክሪፕቶግራፊም ከኖ-ክሎኒንግ ይጠቀማል፣ ይህ ማለት ያልታወቀ የኳንተም ሁኔታ ተመሳሳይ ቅጂ መፍጠር አይቻልም። በውጤቱም, በኳንተም ሁኔታ ውስጥ የተቀመጠ መረጃን እንደገና ማባዛት አይቻልም.
በማይነቃነቅ የኳንተም ቁልፍ ስርጭት፣ ኳንተም ክሪፕቶግራፊ አስቀድሞ እውን ሆኗል (QKD)። QKD ስለ ቁልፉ መረጃን ለማስተላለፍ በዘፈቀደ የፖላራይዝድ ፎቶኖችን ይጠቀማል። ተቀባዩ የፖላራይዝድ ማጣሪያዎችን እና መልእክቱን ለማመስጠር የሚጠቅመውን ዘዴ በመጠቀም ቁልፉን ይፈታዋል።
የምስጢር ውሂቡ አሁንም በመደበኛ የመገናኛ መስመሮች ይተላለፋል, ነገር ግን መልእክቱን መፍታት የሚችለው ትክክለኛው የኳንተም ቁልፍ ብቻ ነው. የፖላራይዝድ ፎቶኖች "ማንበብ" ግዛቶቻቸውን ስለሚለውጡ ማንኛውም የጆሮ ማዳመጫ መልእክተኞቹን ወደ መግባቱ ያሳውቃል።
የQKD ቴክኖሎጂ በአሁኑ ጊዜ በፋይበር ኦፕቲክ ኬብል የተገደበ ሲሆን ይህም ለመቀበል በጣም ከመዳከሙ በፊት ፎቶን ለ100 ኪሎ ሜትር ያህል ሊያደርስ ይችላል። እ.ኤ.አ. በ 2004 ፣ የመጀመሪያው የተጠላለፈ የQKD የባንክ ማስተላለፍ በኦስትሪያ ተከስቷል።
በአካላዊ መርሆች ላይ ተመስርተው የማይሰበሩ እና የማያበላሹ የመገናኛ ዘዴዎች መተላለፉን ማረጋገጥ በፋይናንሺያል፣ በባንክ፣ በወታደራዊ፣ በህክምና እና በሌሎች ዘርፎች ግልጽ የሆኑ አፕሊኬሽኖች አሉት። በርካታ ንግዶች አሁን የተጠለፈ QKD እየተጠቀሙ ነው።
2. ኳንተም ቴሌፖርት
ኳንተም ቴሌፖርቴሽን በሁለት አካላት መካከል እንደ ፎቶኖች፣ አቶሞች፣ ኤሌክትሮኖች እና ሱፐርኮንዳክሽን ሴክተሮች ያሉ የኳንተም መረጃዎችን የማስተላለፊያ ዘዴ ነው። በምርምር መሰረት ቴሌፖርቴሽን QCs በትይዩ እንዲሰሩ ያስችላቸዋል አነስተኛ ኤሌክትሪክ ሲጠቀሙ የኃይል አጠቃቀምን ከ100 እስከ 1000 ጊዜ ይቀንሳል።
በኳንተም ቴሌፖርቴሽን እና በኳንተም ክሪፕቶግራፊ መካከል ያለው ልዩነት የሚከተለው ነው።
- የኳንተም ቴሌፖርቴሽን ልውውጦች በክላሲካል ቻናል ላይ “ኳንተም” መረጃ ይላካል።
- የኳንተም ክሪፕቶግራፊ ልውውጦች በኳንተም ቻናል ላይ “ክላሲካል” መረጃ ይላካል።
የኳንተም ኮምፒውተሮች የኃይል ፍላጎት ሙቀትን ያመነጫሉ, ይህም ዝቅተኛ የሙቀት መጠን ውስጥ እንዲሰሩ ስለሚያስፈልግ ፈታኝ ነው. ቴሌፖርቴሽን የኳንተም ስሌት እድገትን የሚያፋጥኑ የንድፍ መፍትሄዎችን የመምራት አቅም አለው።
3. ባዮሎጂካል ሥርዓት
በሚሊዮኖች በሚቆጠሩ ኬሚካላዊ እና ባዮሎጂካል ሂደቶች መስተጋብር የተነሳ የሰው አካል ልክ እንደ ሁሉም ፍጥረታት ያለማቋረጥ እየተቀየረ ነው። እስከ ቅርብ ጊዜ ድረስ፣ “ሀ” ወደ “ለ” የሚያመራው መስመር ላይ ናቸው ተብሎ ይታሰባል። ነገር ግን፣ ኳንተም ባዮሎጂ እና ባዮፊዚክስ በባዮሎጂካል ሥርዓቶች ውስጥ ከፍተኛ መጠን ያለው ትስስር አግኝተዋል፣ QE የሚጫወተው ሚና።
የተለያዩ ንዑስ ክፍሎች ያለው መንገድ የፕሮቲን አወቃቀሮች አንድ ላይ የታሸጉት ለዘለቄታው የኳንተም መጠላለፍ እና መተሳሰር እንዲኖር ያስችላል። ኳንተም ባዮሎጂ አሁንም የተለያዩ ያልተመለሱ ስጋቶች ያሉት ንድፈ ሃሳባዊ ርዕስ ነው። መፍትሄ ሲያገኙ በመድሃኒት ውስጥ ያሉ ማመልከቻዎች እየጨመሩ ይሄዳሉ.
ኳንተም ኮምፒውቲንግ፣ በንድፈ ሀሳብ፣ ከክላሲካል ኮምፒውተሮች ይልቅ ተፈጥሮን (የአቶሚክ ትስስርን በማስመሰል) እና ኳንተም ባዮሎጂካዊ ስርዓቶችን በተሻለ ሊመስል ይችላል።
4. Superdense ኮድ ማድረግ
ሱፐርደንስ ኮድ ማድረግ አንድ ነጠላ ጥልፍልፍ ኩቢትን በመጠቀም ሁለት የተለመዱ ቢት መረጃዎችን የማስተላለፍ ዘዴ ነው። እጅግ በጣም ጥቅጥቅ ያለ ኮድ የሚከተሉትን ማድረግ ይችላል፡-
- ተጠቃሚው ክላሲካል መልእክትን እንደገና ለመገንባት ከሚያስፈልገው ግማሹን ቀድመው እንዲልክ ያስችለዋል፣ ይህም ተጠቃሚው አስቀድሞ የተላከው ኩቢት እስኪያልቅ ድረስ በእጥፍ ፍጥነት እንዲገናኝ ያስችለዋል።
- ባለ ሁለት መንገድ ኳንተም ቻናል በአንድ አቅጣጫ ያለው አቅም በእጥፍ ይጨምራል።
- በዝቅተኛ መዘግየት ቻናል ላይ የሚመጣውን መረጃ ለመደገፍ ከውሂቡ ግማሹን በከፍተኛ መዘግየት ቻናል ላይ በማስተላለፍ ባለከፍተኛ መዘግየት የመተላለፊያ ይዘትን ወደ ዝቅተኛ መዘግየት የመተላለፊያ ይዘት ይለውጡ።
እያንዳንዱ የግንኙነት ትውልድ የበለጠ የውሂብ ማስተላለፍን ጠይቋል። በመረጃ ላይ ያለው ተመጣጣኝ ትርፍ ልዕለ ጥቅጥቅ ባለ ኮድ ማድረግ ይቻላል።
መደምደሚያ
የኳንተም ጥልፍልፍ ከዚህ ቀደም ሊታሰብ በማይቻል መልኩ ከውሂብ ጋር እንድንሰራ ያስችለናል። ኳንተም ኮምፒውቲንግን ከመጥለፍ ጋር በማዋሃድ ብዙ መጠን ያለው መረጃ የሚጠይቁ ጉዳዮችን በተቀላጠፈ እና ደህንነቱ በተጠበቀ መልኩ መመለስ እንችላለን።
ባዮሎጂካል እና የስነ ፈለክ አፕሊኬሽኖች ሲጨመሩ፣ QE ሰዎች ለረጅም ጊዜ ሲያሰላስሏቸው ለነበሩት ጉዳዮች መልስ ለመስጠት ጥቅም ላይ ሊውል ይችላል፡ ከየት መጣን እና ሁሉም እንዴት ተጀመረ?
ብዙ የቴክኖሎጂ እድገቶች, ብዙ አፕሊኬሽኖች እናገኛቸዋለን - እጅግ በጣም ጥሩ ተስፋዎች አሉት!
መልስ ይስጡ