Mündəricat[Gizlət][Göstər]
Kvant hesablamaları kvant mexanikasının prinsiplərindən istifadə edərək məlumatları emal edir. Nəticədə, kvant hesablama klassik hesablamadan fərqli yanaşma tələb edir. Kvant kompüterlərində istifadə olunan prosessor bu fərqin bir nümunəsidir.
Ənənəvi kompüterlərdə silikon əsaslı prosessorlar işlədiyi halda, kvant kompüterləri atomlar, ionlar, fotonlar və ya elektronlar kimi kvant sistemlərindən istifadə edir. Onlar 1 və 0-ın müxtəlif kvant superpozisiyalarında yaradıla bilən bitləri təmsil etmək üçün kvant xüsusiyyətlərindən istifadə edirlər.
Bəs, bu kontekstdə “kvant” termini tam olaraq nə deməkdir? Əhəmiyyətli bir sıçrayışdır?
Kvant termini latınca “kəmiyyət” mənasını verən quantum sözündən götürülmüşdür. Bu, fizikada "təmsil etdiyi şüalanmanın tezliyinə böyüklükdə mütənasib olan diskret enerji miqdarıdır". Diskret nə davamlı, nə də fərqli olmayan bir şeyə aiddir. Kvant bu mənada unikal və ya əhəmiyyətli məbləğlərə aiddir.
Kvant hesablama nədir?
Kvant hesablama çox vaxt kvant fizikasında istifadə olunanlarla eyni və ya oxşar olan hesablamalar üçün alqoritmlər qurmaq üçün cəbri üsullardan istifadə edir. Kvant mexanikası, öz növbəsində, atomların və atomaltı hissəciklərin ölçüsündə təbiətin fiziki keyfiyyətlərinin izahına girən əsas fizika nəzəriyyəsinə istinad edir.
A kvant kompüteri beləliklə, belə alqoritmləri həyata keçirməyə qadir olan hipotetik kompüterdir. Nəticədə, kvant kompüterləri əsasən bir elektrondan yaradıla bilən qubitlər kimi tanınan kvant bitlərinə əsaslanır.
Kvant materialı ehtimal hesablama, superpozisiya və s. kimi anlayışlardan istifadə edərək kvant mexanikasının qaydalarına uyğun davranır. hiyləgərlik. Bu ideyalar mürəkkəb problemləri həll etmək üçün kvant kompüterlərinin imkanlarından istifadə edən kvant alqoritmləri üçün əsas rolunu oynayır.
Bu yazıda kvant dolaşıqlığı haqqında bilməli olduğunuz hər şeyi müzakirə edəcəyəm.
Kvant dolaşıqlığı nədir?
Kvant dolaşıqlığı o zaman baş verir ki, iki sistem bir-biri ilə o qədər sıx əlaqəlidir ki, biri haqqında bilmək, bir-birindən nə qədər uzaqda olsalar da, digəri haqqında dərhal məlumat verir.
Eynşteyn kimi elm adamları heç bir məlumatın işıq sürətindən daha sürətli göndərilə bilməyəcəyi qaydasını pozduğu üçün "uzaqdan qorxunc hərəkət" adlandırdığı bu fenomen qarşısında çaşqınlıq içində qaldılar. Fotonlardan və elektronlardan istifadə edilən əlavə təcrübələr, dolanmanı təsdiqlədi.
Dolaşma kvant hesablamasının təməl daşıdır. Fizikada kvant dolanışığı kvant hissəcikləri arasında çox güclü əlaqəyə istinad edir. Bu əlaqə o qədər güclüdür ki, iki və ya daha çox kvant hissəcikləri böyük məsafələrlə bir-birindən ayrılmaz şəkildə bağlana bilər.
Bunu daha yaxşı başa düşmək üçün fizika və ya hesablama ilə əlaqəli olmayan sadə bir müqayisəni nəzərdən keçirin. Bir yox, iki sikkə atılsa, nə olacağını düşünün. Adətən, bir sikkənin baş və ya quyruğa düşməsinin ikinci sikkə atışının nəticəsi ilə bağlı heç bir əhəmiyyəti yoxdur.
Bununla belə, dolaşıqlıq halında, fiziki cəhətdən ayrı olub-olmamasından asılı olmayaraq, hər iki hissə bir-birinə bağlıdır və ya dolanır. Bu halda, bir sikkə başların üzərinə düşərsə, ikinci sikkə də başları göstərəcək və əksinə.
Kvant dolaşıqlığını başa düşmək (nümunə ilə)
Kvant dolaşıqlığı həqiqətən iki sistemin (adətən elektronlar və ya fotonlar) o qədər sıx əlaqəli olduğu bir vəziyyətdir ki, bir sistemin "vəziyyəti" (elektronun spininin istiqaməti, deyək ki, "Yuxarı") haqqında məlumat əldə etmək digər sistemin hərəkəti haqqında ani bilik verəcəkdir. Bu sistemlərin bir-birindən nə qədər uzaq olmasından asılı olmayaraq, “vəziyyət” (ikinci elektronun spininin istiqaməti, “Aşağı” deyin).
“Ani” və “bir-birindən nə qədər uzaq olmalarından asılı olmayaraq” ifadələri əhəmiyyətlidir. Bu fenomen Eynşteyn kimi elm adamlarını çaşdırdı, çünki dövlət ölçülənə qədər müəyyən edilmir və məlumat ötürülməsi informasiyanın işıq sürətindən daha sürətli daşına bilməyəcəyi ilə bağlı klassik fizika qaydasına ziddir.
Bununla belə, 1980-ci illərdə başlayan araşdırma və sınaqlar sayəsində 1980-ci illərdən bəri dolaşıqlığın həm fotonlardan, həm də elektronlardan istifadə etdiyi sübut edilmişdir.
İki atomaltı hissəcik (elektron) istehsal oluna bilər ki, onlar tək dalğa funksiyası ilə təsvir olunsun. Dolaşma bir üsulla əldə edilə bilər ki, sıfır spinə malik ana hissəciyi bərabər, lakin əks spinlərə malik iki dolaşmış ikinci hissəciklərə parçalamağa icazə verin.
Əgər iki qız hissəcik heç bir şeylə qarşılıqlı təsir göstərmirsə, onların dalğa funksiyaları bir-birindən nə qədər məsafədə ölçülməsindən asılı olmayaraq bərabər və əks qalacaq. Alimlər sınaq nəticəsində müəyyən ediblər ki, dolaşma vaxtının məlumatlara heç bir təsiri yoxdur.
Bunun əvəzinə, məlumat yalnız bir hissəciyin məlumatı ölçüldükdə işıq sürətindən daha sürətli sürətlə digər hissəciyə göndərilir.
Nəticədə informasiya bu sürətlə axır. Lakin bizim buna nəzarətimiz yoxdur – bu nəzarətsizlik Kvant Dolaşıqlığının istifadəsini məhdudlaşdırır, məsələn, işıq sürətindən daha sürətli mesaj və ya digər məlumat göndərmək.
Dolaşma kvant hesablamasında hansı rol oynayır?
Dolaşan qubitin vəziyyətini dəyişdirmək kvant kompüterlərində qoşalaşmış kubit vəziyyətini dərhal dəyişir. Nəticədə, dolaşıqlıq kvant kompüterlərinin emal sürətini sürətləndirir.
Bir qubitin işlənməsi çoxsaylı kubitlər haqqında məlumatı aşkar etdiyinə görə, qubitlərin sayının iki dəfə artırılması proseslərin (yəni, dolaşıq qubitlər) sayını mütləq artırmır.
Tədqiqatlara görə, kvant alqoritminin klassik hesablamalar üzərində eksponensial sürətləndirməsi üçün kvant dolaşıqlığı tələb olunur.
Kvant hesablamasında qarışıq tətbiqlər
İndiki və gələcəyimizi dəyişdirəcək bu unikal fiziki xüsusiyyətdən bir neçə tətbiq faydalana bilər. Kvant şifrələməsi, super sıx kodlaşdırma, bəlkə də işıqdan daha sürətli ötürülmə və hətta teleportasiya hamısı dolaşıqlıqla təmin edilə bilər.
Kvant kompüterləri maliyyə və bankçılıq da daxil olmaqla müxtəlif sənaye sahələrində vaxt və enerji tələb edən problemləri həll etmək potensialına malikdir.
Kvant dolaşıqlığı bu cür kompüterlərə qubitləri arasında məlumat axınını idarə etmək üçün tələb olunan vaxtı və emal gücünü azaltmaqla kömək edə biləcək bir fenomendir.
1. Kvant Kriptoqrafiyası
Klassik kriptoqrafiyada göndərici mesajı bir açarla, alıcı isə paylaşılan açarla deşifrə edir. Bununla belə, üçüncü tərəfin açarlar haqqında bilik əldə etməsi və kriptoqrafiyaya müdaxilə edə bilməsi təhlükəsi var.
İki tərəf arasında təhlükəsiz kanalın yaradılması qırılmaz kriptoqrafiyanın təməl daşıdır. Qarışıqlıq buna səbəb ola bilər. İki sistem bir-birinə qarışdığından, onlar bir-biri ilə korrelyasiya olunur (biri dəyişdikdə digəri də dəyişir) və heç bir üçüncü tərəf bu əlaqəni bölüşməyəcək.
Kvant kriptoqrafiyası klonlaşdırmadan da faydalanır, yəni naməlum kvant vəziyyətinin eyni nüsxəsini yaratmaq mümkün deyil. Nəticədə, kvant vəziyyətində kodlanmış məlumatları təkrarlamaq mümkün deyil.
Keçilməz kvant açarı paylanması ilə kvant kriptoqrafiyası artıq həyata keçirilmişdir (QKD). QKD açar haqqında məlumat ötürmək üçün təsadüfi qütbləşmiş fotonlardan istifadə edir. Alıcı polarizasiya filtrlərindən və mesajı şifrələmək üçün istifadə olunan texnikadan istifadə edərək açarı deşifrə edir.
Gizli məlumatlar hələ də standart rabitə xətləri vasitəsilə ötürülür, lakin yalnız dəqiq kvant açarı mesajı deşifrə edə bilər. Qütbləşmiş fotonların “oxuması” onların vəziyyətlərini dəyişdirdiyinə görə, istənilən dinləmə rabitəçiləri müdaxilə barədə xəbərdar edir.
QKD texnologiyası hazırda qəbul etmək üçün çox zəif olana qədər fotonu təxminən 100 km məsafəyə çatdıra bilən fiber optik kabel ilə məhdudlaşır. 2004-cü ildə Avstriyada ilk dolaşıq QKD bank köçürməsi baş verdi.
Fiziki prinsiplərə əsaslanaraq etibarlı şəkildə etibarlı olan qırılmaz və müdaxiləyə qarşı davamlı rabitənin ötürülməsinə əmin olmaq maliyyə, bank, hərbi, tibb və digər sektorlarda açıq tətbiqlərə malikdir. Bir neçə müəssisə indi dolaşıq QKD-dən istifadə edir.
2. Kvant teleportasiyası
Kvant teleportasiyası həm də fotonlar, atomlar, elektronlar və super keçirici dövrələr kimi iki tərəf arasında kvant məlumatının ötürülməsi üsuludur. Tədqiqata görə, teleportasiya QC-lərin paralel işləməsinə imkan verir, eyni zamanda daha az elektrik enerjisi istifadə edərək, enerji istehlakını 100-1000 dəfə azaldır.
Kvant teleportasiya və kvant kriptoqrafiyası arasındakı fərq aşağıdakı kimidir:
- Kvant teleportasiyasının mübadilələri Klassik kanal vasitəsilə “kvant” məlumatı göndərilir.
- Kvant kriptoqrafiyasının mübadiləsi Kvant kanalı üzərindən “klassik” məlumat göndərilir.
Kvant kompüterlərinin enerji ehtiyacları istilik əmələ gətirir ki, bu da onların belə aşağı temperaturda işləməli olduqlarını nəzərə alsaq, problemdir. Teleportasiya kvant hesablamalarının inkişafını sürətləndirəcək dizayn həllərinə gətirib çıxarmaq potensialına malikdir.
3. Bioloji sistem
İnsan orqanizmi, bütün canlılar kimi, milyonlarla kimyəvi və bioloji proseslərin qarşılıqlı təsiri nəticəsində davamlı olaraq dəyişir. Son vaxtlara qədər onların xətti olduğu güman edilirdi, “A” isə “B”yə aparır. Bununla belə, kvant biologiyası və biofizika bioloji sistemlər daxilində çoxlu tutarlılıq aşkar etdi, QE rol oynayır.
Müxtəlif alt vahidlərin yolu protein strukturları davamlı kvant dolaşıqlığına və uyğunluğuna imkan vermək üçün birlikdə yığılmışdır. Kvant biologiyası hələ də müxtəlif cavabsız narahatlıqları olan nəzəri mövzudur; onlara müraciət edildikdə, tibbdəki tətbiqlər getdikcə görünəcəkdir.
Kvant hesablamaları, nəzəri olaraq, klassik kompüterlərdən daha çox təbiətə (atom rabitəsini simulyasiya etməklə) və kvant bioloji sistemlərinə bənzəyir.
4. Superdense Kodlaşdırma
Superdense kodlaşdırma, bir dolaşmış kubitdən istifadə edərək iki şərti məlumat bitini ötürmə üsuludur. Çox sıx kod ola bilər:
- İstifadəçiyə klassik mesajı vaxtından əvvəl yenidən qurmaq üçün lazım olanın yarısını göndərməyə imkan verir və istifadəçiyə əvvəlcədən çatdırılmış kubitlər bitənə qədər ikiqat sürətlə əlaqə saxlamağa imkan verir.
- İkitərəfli kvant kanalının bir istiqamətdə tutumu ikiqat artır.
- Aşağı gecikmə kanalı üzərindən gələn məlumatları dəstəkləmək üçün məlumatların yarısını yüksək gecikmə kanalı üzərindən ötürməklə yüksək gecikmə bant genişliyini aşağı gecikmə bant genişliyinə çevirin.
Hər bir rabitə nəsli daha çox məlumat ötürülməsini tələb etdi. Müqayisəli məlumat əldə etmək super sıx kodlaşdırma ilə mümkün olacaq.
Nəticə
Kvant dolaşıqlığı bizə əvvəllər ağlasığmaz üsullarla məlumatlarla işləməyə imkan verə bilər. Kvant hesablamalarını dolaşıqlıqla birləşdirərək, biz çoxlu məlumat tələb edən məsələlərə daha səmərəli və təhlükəsiz şəkildə cavab verə biləcəyik.
Bioloji və astronomik tətbiqlərin əlavə edilməsi ilə QE insanların çoxdan düşündürdüyü məsələlərə cavab vermək üçün istifadə edilə bilər: biz haradan gəldik və hamısı necə başladı?
Texnologiya nə qədər çox inkişaf etsə, biz onun üçün bir o qədər çox tətbiq tapacağıq— bunun böyük vədləri var!
Cavab yaz