Taula de continguts[Amaga][Espectacle]
La computació quàntica processa dades utilitzant els principis de la mecànica quàntica. Com a resultat, la informàtica quàntica requereix un enfocament diferent de la informàtica clàssica. El processador utilitzat en els ordinadors quàntics és un exemple d'aquesta distinció.
Mentre que els ordinadors tradicionals utilitzen processadors basats en silici, els ordinadors quàntics utilitzen sistemes quàntics com àtoms, ions, fotons o electrons. Utilitzen característiques quàntiques per representar bits que es poden crear en diverses superposicions quàntiques d'1 i 0.
Aleshores, què significa exactament el terme "quantum" en aquest context? És un salt important?
El terme quàntic deriva de la paraula llatina quantum, que significa "quantitat". És una "quantitat discreta d'energia proporcional en magnitud a la freqüència de la radiació que representa" en física. Discret es refereix a quelcom que no és continu ni diferent. Quantum es refereix a quantitats úniques o significatives en aquest sentit.
Què és la computació quàntica?
Informàtica quàntica està utilitzant mètodes algebraics per construir algorismes per a càlculs, que sovint són iguals o semblants als utilitzats en física quàntica. La mecànica quàntica, al seu torn, es refereix a una teoria bàsica de la física que s'endinsa en l'explicació de les qualitats físiques de la natura a la mida dels àtoms i partícules subatòmiques.
A ordinador quàntic és per tant un ordinador hipotètic capaç d'implementar aquests algorismes. Com a resultat, els ordinadors quàntics es basen fonamentalment en bits quàntics, també coneguts com a qubits, que es poden crear a partir d'un sol electró.
El material quàntic es comporta segons les regles de la mecànica quàntica, fent ús de nocions com la computació probabilística, la superposició i enredament. Aquestes idees serveixen de base per als algorismes quàntics, que utilitzen les capacitats dels ordinadors quàntics per abordar problemes complicats.
En aquest article, parlaré de tot el que necessiteu saber sobre l'entrellat quàntic.
Què és l'entrellat quàntic?
L'entrellat quàntic es produeix quan dos sistemes estan tan estretament lligats que saber-ne un et permet conèixer immediatament l'altre, per molt lluny que estiguin.
Científics com Einstein es van quedar desconcertats per aquest fenomen, que va batejar com "una acció fantasmagòrica a distància", ja que va trencar la regla que no es pot enviar informació més ràpid que la velocitat de la llum. Tanmateix, experiments addicionals amb fotons i electrons van verificar l'entrellat.
L'entrellat és la pedra angular de la computació quàntica. L'entrellat quàntic en física fa referència a un vincle molt fort entre les partícules quàntiques. Aquesta connexió és tan forta que dues o més partícules quàntiques es poden connectar inexorablement mentre estan separades per enormes distàncies.
Per entendre-ho més, considereu una comparació senzilla que no estigui relacionada amb la física o la informàtica. Penseu en què passaria si no es llancés una, sinó dues monedes. En general, que una moneda caigui al cap o a la cua té poca influència en el resultat del segon llançament de moneda.
Tanmateix, en el cas de l'entrellat, ambdues parts estan connectades o enredades, independentment de si estan separades físicament. En aquest cas, si una moneda aterra al cap, la segona moneda també mostrarà caps, i viceversa.
Entendre l'entrellat quàntic (amb exemple)
L'entrellat quàntic és, de fet, una situació en què dos sistemes (normalment electrons o fotons) estan tan estretament vinculats que l'adquisició d'informació sobre l'"estat" d'un sistema (la direcció del gir de l'electró, per exemple "Amunt") donaria un coneixement instantani sobre l'altre sistema. "estat" (la direcció del gir del segon electró, digueu "Abaix"), independentment de la distància que hi ha entre aquests sistemes.
Les frases "instant" i "independentment de la distància entre elles" són significatives. Aquest fenomen ha deixat perplexos científics com Einstein, ja que l'estat no es defineix fins que no es mesura, i la transmissió d'informació desafia la regla de la física clàssica que la informació no es pot transportar més ràpid que la velocitat de la llum.
No obstant això, s'ha demostrat que l'entrellat utilitza tant fotons com electrons des dels anys vuitanta, gràcies a les investigacions i proves que van començar a la dècada de 1980.
Es poden produir dues partícules subatòmiques (electrons) de manera que es puguin descriure mitjançant una única funció d'ona. L'entrellat es pot aconseguir en un mètode permetent que una partícula pare amb zero girs es decai en dues partícules filles entrellaçades amb girs iguals però oposats.
Si dues partícules filles no interaccionen amb res, les seves funcions d'ona es mantindran iguals i oposades sense importar la distància que es mesuren. Els científics van determinar mitjançant proves que el moment de l'entrellat no tenia cap impacte en la informació.
En canvi, la informació s'envia a l'altra partícula a una velocitat més ràpida que la velocitat de la llum només quan es mesura la informació d'una partícula.
Com a resultat, la informació flueix a aquest ritme. Però no tenim control sobre això: aquesta manca de control restringeix els usos de l'Entanglement quàntic, com ara enviar un missatge o una altra informació més ràpid que la velocitat de la llum.
Quin paper juga l'entrellat en la computació quàntica?
Canviar l'estat d'un qubit entrellat canvia instantàniament l'estat del qubit aparellat en ordinadors quàntics. Com a resultat, l'entrellat accelera la velocitat de processament dels ordinadors quàntics.
Com que processar un qubit revela informació sobre nombrosos qubits, duplicar el nombre de qubits no necessàriament augmenta el nombre de processos (és a dir, els qubits entrellaçats).
Segons els estudis, l'entrellat quàntic és necessari perquè un algorisme quàntic ofereixi una acceleració exponencial sobre els càlculs clàssics.
Aplicacions de l'entrellat en la computació quàntica
Diverses aplicacions es poden beneficiar d'aquesta característica física única, que alterarà el nostre present i futur. El xifratge quàntic, la codificació superdensa, potser una transmissió més ràpida que la llum i, fins i tot, la teletransportació es podrien habilitar mitjançant l'entrellat.
Els ordinadors quàntics tenen el potencial d'afrontar els reptes que consumeixen molt de temps i de processament en diverses indústries, incloses les finances i la banca.
L'entrellat quàntic és un fenomen que podria ajudar a aquests ordinadors reduint la quantitat de temps i la potència de processament necessària per gestionar el flux de dades entre els seus qubits.
1. Criptografia quàntica
En la criptografia clàssica, l'emissor codifica el missatge amb una clau, mentre que el destinatari el descodifica amb la clau compartida. Tanmateix, hi ha el perill que un tercer obtingui coneixement sobre les claus i pugui interceptar i soscavar la criptografia.
La creació d'un canal segur entre les dues parts és la pedra angular de la criptografia irrompible. L'embolic pot provocar això. Com que els dos sistemes s'entrellacen, es correlacionen entre si (quan un canvia, l'altre també), i cap tercer compartirà aquesta correlació.
La criptografia quàntica també es beneficia de la no-clonació, la qual cosa significa que és impossible generar una rèplica idèntica d'un estat quàntic desconegut. Com a resultat, és impossible replicar les dades codificades en un estat quàntic.
Amb una distribució de clau quàntica impenetrable, ja s'ha realitzat la criptografia quàntica (QKD). QKD utilitza fotons polaritzats aleatòriament per comunicar informació sobre la clau. El destinatari desxifra la clau mitjançant filtres polaritzadors i la tècnica utilitzada per xifrar el missatge.
Les dades secretes encara es transfereixen a través de línies de comunicació estàndard, però només la clau quàntica exacta pot descodificar el missatge. Com que "llegir" els fotons polaritzats canvia els seus estats, qualsevol escolta alerta els comunicadors de la intrusió.
Actualment, la tecnologia QKD està limitada pel cable de fibra òptica, que pot lliurar un fotó durant uns 100 km abans de ser massa feble per rebre'l. El 2004, es va produir la primera transferència bancària QKD enredada a Àustria.
Assegurar-se que la transmissió de comunicacions irrompibles i a prova de manipulacions que siguin segures basades en principis físics té aplicacions òbvies en els sectors financer, bancari, militar, mèdic i altres. Diverses empreses estan utilitzant ara QKD enredat.
2. Teletransportació quàntica
La teletransportació quàntica també és el mètode de transmissió d'informació quàntica entre dues parts, com ara fotons, àtoms, electrons i circuits superconductors. Segons la investigació, la teletransportació permet que els controls de qualitat funcionin en paral·lel mentre utilitzen menys electricitat, reduint l'ús d'energia entre 100 i 1000 vegades.
La distinció entre la teletransportació quàntica i la criptografia quàntica és la següent:
- Intercanvis de teletransportació quàntica A través d'un canal clàssic, s'envia informació "quàntica".
- Intercanvis de criptografia quàntica A través d'un canal quàntic s'envia informació "clàssica".
Les necessitats d'energia dels ordinadors quàntics generen calor, la qual cosa és un repte donat que han de funcionar a temperatures tan baixes. La teletransportació té el potencial de conduir a solucions de disseny que acceleraran el desenvolupament de la informàtica quàntica.
3. Sistema Biològic
El cos humà, com totes les criatures, està canviant contínuament a causa de la interacció de milions de processos químics i biològics. Fins fa poc, es suposava que eren lineals, amb "A" que conduïa a "B". Tanmateix, la biologia quàntica i la biofísica han descobert una gran quantitat de coherència dins dels sistemes biològics, amb la QE jugant un paper.
La manera de les diverses subunitats de estructures proteiques estan empaquetats es desenvolupa per permetre l'entrellat quàntic sostingut i la coherència. La biologia quàntica és encara un tema teòric amb diverses preocupacions sense resposta; quan s'abordin, les aplicacions en medicina seran cada cop més visibles.
La computació quàntica, en teoria, pot assemblar-se millor a la natura (simulant l'enllaç atòmic) i als sistemes biològics quàntics que els ordinadors clàssics.
4. Codificació superdensa
La codificació superdensa és el mètode per transmetre dos bits convencionals d'informació mitjançant un únic qubit entrellat. El codi súper dens pot:
- Permet a l'usuari enviar la meitat del que es necessita per reconstruir un missatge clàssic amb antelació, permetent a l'usuari comunicar-se al doble de velocitat fins que s'esgotin els qubits preentregats.
- La capacitat d'un canal quàntic bidireccional en una direcció es duplica.
- Converteix l'amplada de banda d'alta latència en una amplada de banda de baixa latència transmetent la meitat de les dades pel canal d'alta latència per donar suport a les dades que arriben pel canal de baixa latència.
Cada generació de comunicació ha demanat més transferència de dades. Un guany comparable en informació serà possible amb la codificació superdensa.
Conclusió
L'entrellat quàntic ens pot permetre treballar amb dades de maneres abans inimaginables. Mitjançant la integració de la computació quàntica amb l'entrellat, podrem respondre problemes que exigeixen una quantitat massiva de dades d'una manera més eficient i segura.
Amb l'addició d'aplicacions biològiques i astronòmiques, la QE podria utilitzar-se per respondre als problemes que els humans han reflexionat durant molt de temps: d'on venim i com va començar tot?
Com més avanci la tecnologia, més aplicacions hi trobarem; és molt prometedor!
Deixa un comentari