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L'informatica quantistica processa i dati utilizendu principii di meccanica quantistica. In u risultatu, l'informatica quantistica richiede un approcciu sfarente di l'informatica classica. U processatore utilizatu in l'informatica quantistica hè un esempiu di sta distinzione.
Mentre chì l'urdinatori tradiziunali impieganu processori basati in siliciu, i computer quantistici utilizanu sistemi quantistici cum'è atomi, ioni, fotoni o elettroni. Impieganu funzioni quantum per rapprisintà bits chì ponu esse creati in diverse superposizioni quantum di 1 è 0.
Allora, chì significa esattamente u terminu "quantum" in questu cuntestu? Hè un saltu significativu?
U terminu quantu deriva da a parolla latina quantum, chì significa "quantità". Hè una "quantità discreta di energia proporzionale in magnitudine à a freccia di a radiazione chì rapprisenta" in fisica. Discretu si riferisce à qualcosa chì ùn hè nè cuntinuu nè distintu. Quantum si riferisce à quantità uniche o significative in questu sensu.
Chì ghjè l'informatica quantistica?
Informatica quantistica usa metudi algebrichi per custruisce algoritmi per i calculi, chì sò spessu listessi o simili à quelli usati in a fisica quantistica. A meccanica quantistica, à u turnu, si riferisce à una teoria di fisica basica chì s'immerge in l'esplicazione di e qualità fisiche di a natura à a dimensione di l'atomi è di particeddi subatomichi.
A urdinatore quanticu hè dunque un computer ipoteticu capace di implementà tali algoritmi. In u risultatu, l'urdinatori quantistici sò fundamentalmente basati nantu à i bits quantum, cunnisciuti ancu com'è qubits, chì ponu esse creati da un unicu elettroni.
U materiale quantisticu si cumporta secondu e regule di meccanica quantistica, aduprendu nuzioni cum'è calculu probabilisticu, superposizione è intricciatu. Queste idee servenu cum'è a fundazione per l'algoritmi quantistici, chì utilizanu e capacità di l'informatica quantistica per affruntà i prublemi complicati.
In questu articulu, discuteraghju tuttu ciò chì avete bisognu di sapè nantu à l'entanglement quantum.
Cosa hè quantum entanglement?
L'entanglement quantisticu si trova quandu dui sistemi sò cusì strettamente ligati chì a cunniscenza di unu vi dà una cunniscenza immediata di l'altru, ùn importa quant'elli sò distanti.
I scientisti cum'è Einstein eranu sconcertati da stu fenomenu, chì ellu hà chjamatu "una azione fantasmagorica à distanza" postu chì hà violatu a regula chì nisuna informazione pò esse mandata più veloce di a velocità di a luce. Esperimenti supplementari chì utilizanu fotoni è elettroni, però, anu verificatu l'intricatu.
L'entanglement hè a basa di l'informatica quantistica. Quantum entanglement in fisica si riferisce à un ligame assai forte trà e particelle quantum. Sta cunnessione hè cusì forte chì duie o più particelle quantistiche ponu esse cunnesse inexorablemente mentre sò siparati da distanzi enormi.
Per capisce ancu questu, cunzidira un paragone simplice chì ùn hè micca ligatu cù a fisica o l'informatica. Cunsiderate ciò chì succederia se micca unu, ma dui muniti sò stati lanciati. Di solitu, se una munita sbarca nantu à a testa o a coda hà pocu impattu nantu à u risultatu di a seconda munita.
In ogni casu, in u casu di l'entanglement, i dui parti sò cunnessi o intricati, indipendentemente da esse fisicamenti separati. In questu casu, se una munita sbarca nantu à i capi, a seconda munita mostrarà ancu i capi, è vice versa.
Capisce l'entanglement quantum (cù esempiu)
L'entanglement quantisticu hè veramente una situazione in quale dui sistemi (tipicamenti elettroni o fotoni) sò cusì strettamente ligati chì l'acquistu d'infurmazioni nantu à u "statu" di un sistema (a direzzione di u spin di l'elettrone, dì "Up") renderebbe una cunniscenza istantanea di l'altru sistema. "statu" (a direzzione di u spinu di l'elettrone secondu, dì "Down"), indipendentemente da a distanza di sti sistemi esistenu.
E frasi "istante" è "indipendentemente da quantu distanti sò" sò significativi. Stu fenominu hà perplessu i scientisti cum'è Einstein, postu chì u statu ùn hè micca definitu finu à ch'ella hè misurata, è a trasmissione di l'infurmazioni sfida a regula di a fisica classica chì l'infurmazioni ùn ponu esse purtate più veloce di a velocità di a luce.
Tuttavia, l'entanglement hè statu dimustratu per utilizà i fotoni è l'elettroni dapoi l'anni 1980, grazia à a ricerca è a prova chì principia in l'anni 1980.
Dui particeddi subatomichi (elettroni) ponu esse pruduciuti in modu chì ponu esse discrittu da una sola funzione d'onda. L'entanglement pò esse ottenutu in un metudu permettendu à una particella parentale cù spins zero di decadenza in duie particelle figlie intrecciate cù spins uguali ma opposti.
Sì duie particelle figliole ùn interagiscenu micca cù nunda, e so funzioni d'onda fermanu uguali è opposte, ùn importa micca quantu l'una di l'altra sò misurate. I scientisti anu determinatu per mezu di teste chì u tempu di l'intricatu ùn avia micca impattu nantu à l'infurmazioni.
Invece, l'infurmazione hè mandata à l'altra particella à un ritmu più veloce di a velocità di a luce solu quandu l'infurmazione di una particella hè misurata.
In u risultatu, l'infurmazioni scorri à stu ritmu. Ma ùn avemu micca cuntrollu - questa mancanza di cuntrollu restringe l'usi di Quantum Entanglement, cum'è l'inviu di un missaghju o altre informazioni più veloce di a velocità di a luce.
Chì rolu ghjucà l'entanglement in l'informatica quantistica?
U cambiamentu di u statu di un qubit intricatu cambia istantaneamente u statu di u qubit accoppiatu in i computer quantistici. In u risultatu, l'entanglement accelera a velocità di trasfurmazioni di l'informatica quantistica.
Perchè l'elaborazione di un qubit revela l'infurmazioni nantu à numerosi qubits, radduppià u nùmeru di qubits ùn hà micca necessariamente aumentà u nùmeru di prucessi (vale à dì, i qubits entangled).
L'entanglement quantisticu, sicondu i studii, hè necessariu per un algoritmu quantum per furnisce una accelerazione esponenziale sopra i calculi classici.
Applicazioni di Entanglement in l'informatica quantistica
Parechje applicazioni ponu prufittà di sta caratteristica fisica unica, chì alterarà u nostru presente è futuru. A criptografia quantistica, a codificazione superdensa, forse a trasmissione più veloce di a luce, è ancu a teleportazione puderanu esse attivati da l'intricatu.
L'urdinatori quantistici anu u putenziale di affruntà u tempu è di trasfurmà sfidi intensivi di putenza in una varietà di industrii, cumprese a finanza è a banca.
L'entanglement quantisticu hè un fenomenu chì puderia aiutà tali computer riducendu a quantità di tempu è a putenza di trasfurmazioni necessaria per trattà u flussu di dati trà i so qubits.
1. Criptografia Quantum
In a criptografia classica, u mittente codifica u missaghju cù una chjave, mentre chì u destinatariu u decode cù a chjave sparta. In ogni casu, ci hè un periculu chì un terzu uttene a cunniscenza di e chjave è puderà intercepte è minà a criptografia.
A creazione di un canale sicuru trà i dui partiti hè a basa di a criptografia inviolabile. Entanglement pò causà questu. Siccomu i dui sistemi sò intrecciati, sò correlati cù l'altri (quandu unu cambia, cusì l'altru), è nisun terzu ùn sparterà sta correlazione.
A criptografia quantistica hè ancu benefiziu di a no-cloning, chì significa chì hè impussibile di generà una replica identica di un statu quantum scunnisciutu. In u risultatu, hè impussibile di riplicà e dati codificati in un statu quantum.
Cù una distribuzione di chjave quantistica impenetrable, a criptografia quantistica hè digià realizata (QKD). QKD usa fotoni polarizati aleatoriamente per cumunicà infurmazioni nantu à a chjave. U destinatariu decifra a chjave cù filtri polarizanti è a tecnica utilizata per criptà u messagiu.
I dati sicreti sò sempre trasferiti attraversu e linee di cumunicazione standard, ma solu a chjave quantum esatta pò decodificà u messagiu. Perchè a "lettura" di i fotoni polarizati cambia i so stati, ogni intercettazione avvisa i cumunicatori à l'intrusione.
A tecnulugia QKD hè attualmente limitata da u cable di fibra ottica, chì pò furnisce un fotone per circa 100 km prima di diventà troppu debule per riceve. In u 2004, u primu trasferimentu bancariu QKD entangled hè accadutu in Austria.
Assicurendu chì a trasmissione di cumunicazioni unbreakable è tamper-proof chì sò pruvably sicure basatu annantu à i principii fisichi hà applicazioni evidenti in i settori finanziarii, bancari, militari, medichi è altri. Parechje imprese usanu avà QKD intricatu.
2. Teleportation Quantum
A teleportazione quantistica hè ancu u metudu di trasmette infurmazione quantistica trà dui partiti, cum'è fotoni, atomi, elettroni è circuiti superconduttori. Sicondu a ricerca, a teleportazione permette à i QC di eseguisce in parallelu mentre utilizanu menu elettricità chì riduce l'usu di energia da 100 à 1000 volte.
A distinzione trà a teleportazione quantistica è a criptografia quantistica hè a seguente:
- Scambii di teleportazione quantum In un canale classicu, l'infurmazione "quantum" hè mandata.
- Scambi di criptografia quantistica Sopra un canale quantum, l'infurmazione "classica" hè mandata.
I bisogni di l'energia di l'urdinatori quantistici generanu calore, chì hè una sfida postu chì deve esse operatu à una temperatura cusì bassa. A teleportazione hà u putenziale di guidà à soluzioni di cuncepimentu chì accelerà u sviluppu di l'informatica quantistica.
3. Sistema Biològicu
U corpu umanu, cum'è tutte e criature, hè cambiatu continuamente per l'interazzione di milioni di prucessi chimichi è biologichi. Finu à pocu tempu, eranu presumitu lineari, cù "A" chì porta à "B". Tuttavia, a biologia quantistica è a biofisica anu scupertu una grande quantità di coerenza in i sistemi biologichi, cù QE chì ghjucanu un rolu.
A manera di e diverse subunità di strutture di prutezione sò imballati inseme hè sviluppatu per permette un entanglement quantum sustinutu è a coerenza. A Biologia Quantistica hè sempre un tema teoricu cù diverse preoccupazioni senza risposta; quandu sò indirizzati, l'applicazioni in a medicina diventeranu sempre più visibili.
L'informatica quantistica, in teoria, pò s'assumiglia megliu à a natura (simulendu u ligame atomicu) è à i sistemi biologichi quantistici cà l'urdinatori classici.
4. Codificazione Superdense
A codificazione superdensa hè u metudu di trasmette dui bits d'infurmazioni cunvinziunali utilizendu un unicu qubit entangled. U codice chì hè super-densu pò:
- Permette à l'utilizatori di mandà a mità di ciò chì hè necessariu per ricustruisce un missaghju classicu in anticipu, chì permette à l'utilizatori di cumunicà à u doppiu di a velocità finu à chì i qubits pre-consegnati escenu.
- A capacità di un canale quantum bidirezionale in una direzzione hè duppiata.
- Cunvertite a larghezza di banda di alta latenza in larghezza di banda di bassa latenza trasmettendu a mità di e dati nantu à u canale di alta latenza per sustene e dati chì entranu in u canali di bassa latenza.
Ogni generazione di cumunicazione hà dumandatu più trasferimentu di dati. Un guadagnu paragunabile in l'infurmazioni serà pussibule cun codificazione superdensa.
cunchiusioni
L'entanglement quantisticu pò permette di travaglià cù dati in modi prima inimaginabili. Integrà l'informatica quantistica cù l'entanglement, seremu capace di risponde à e prublemi chì esigenu una quantità massiva di dati in una manera più efficaci è sicura.
Cù l'aghjunzione di l'applicazioni biologiche è astronomiche, QE puderia esse aduprata per risponde à i prublemi chì l'omu anu longu meditatu: da induve venemu è cumu hà cuminciatu tuttu?
Più avanza a tecnulugia, più appiicazioni truvamu per questu - hà una prumessa tremenda!
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