Tabl Cynnwys[Cuddio][Dangos]
Mae cyfrifiadura cwantwm yn prosesu data gan ddefnyddio egwyddorion mecaneg cwantwm. O ganlyniad, mae cyfrifiadura cwantwm yn gofyn am ddull gwahanol i gyfrifiaduro clasurol. Mae'r prosesydd a ddefnyddir mewn cyfrifiaduron cwantwm yn un enghraifft o'r gwahaniaeth hwn.
Tra bod cyfrifiaduron traddodiadol yn cyflogi proseswyr sy'n seiliedig ar silicon, mae cyfrifiaduron cwantwm yn defnyddio systemau cwantwm fel atomau, ïonau, ffotonau neu electronau. Maent yn defnyddio nodweddion cwantwm i gynrychioli darnau y gellir eu creu mewn gwahanol arosodiadau cwantwm o 1 a 0.
Felly, beth yn union mae’r term “cwantwm” yn ei olygu yn y cyd-destun hwn? A yw'n naid sylweddol?
Mae'r term cwantwm yn deillio o'r gair Lladin cwantwm, sy'n golygu "swm." Mae'n 'swm arwahanol o egni sy'n gymesur mewn maint ag amledd yr ymbelydredd y mae'n ei gynrychioli' mewn ffiseg. Mae arwahanol yn cyfeirio at rywbeth nad yw'n barhaus nac yn wahanol. Mae Quantum yn cyfeirio at symiau unigryw neu arwyddocaol yn yr ystyr hwn.
Beth yw cyfrifiadura cwantwm?
Cyfrifiadura cwantwm yn defnyddio dulliau algebraidd i lunio algorithmau ar gyfer cyfrifiadau, sydd yn aml yr un fath neu'n debyg i'r rhai a ddefnyddir mewn ffiseg cwantwm. Mae mecaneg cwantwm, yn ei dro, yn cyfeirio at ddamcaniaeth ffiseg sylfaenol sy'n plymio i'r esboniad o rinweddau ffisegol natur ar faint atomau a gronynnau isatomig.
A cyfrifiadur cwantwm felly yn gyfrifiadur damcaniaethol sy'n gallu gweithredu algorithmau o'r fath. O ganlyniad, mae cyfrifiaduron cwantwm wedi'u seilio'n sylfaenol ar ddarnau cwantwm, a elwir hefyd yn qubits, y gellir eu creu o un electron.
Mae'r deunydd cwantwm yn ymddwyn yn unol â rheolau mecaneg cwantwm, gan ddefnyddio syniadau fel cyfrifiant tebygol, arosodiad, a ymosodiad. Mae'r syniadau hyn yn sylfaen ar gyfer algorithmau cwantwm, sy'n defnyddio galluoedd cyfrifiaduron cwantwm i fynd i'r afael â phroblemau cymhleth.
Yn yr erthygl hon, byddaf yn trafod popeth sydd angen i chi ei wybod am gysylltiad cwantwm.
Beth yw maglu cwantwm?
Mae cysylltiad cwantwm yn digwydd pan fo dwy system wedi’u cysylltu mor agos fel bod gwybod am un yn rhoi gwybodaeth uniongyrchol i chi am y llall, ni waeth pa mor bell oddi wrth ei gilydd ydyn nhw.
Cafodd gwyddonwyr fel Einstein eu drysu gan y ffenomen hon, a alwyd ganddo yn “weithred arswydus o bell” gan iddo dorri’r rheol na ellir anfon unrhyw wybodaeth yn gyflymach na chyflymder golau. Fodd bynnag, roedd arbrofion ychwanegol gan ddefnyddio ffotonau ac electronau yn gwirio maglu.
Clymu yw conglfaen cyfrifiadura cwantwm. Mae cysylltiad cwantwm mewn ffiseg yn cyfeirio at gysylltiad cryf iawn rhwng gronynnau cwantwm. Mae'r cysylltiad hwn mor gryf fel y gellir cysylltu dau neu fwy o ronynnau cwantwm yn ddiwrthdro tra'n cael eu gwahanu gan bellteroedd enfawr.
I ddeall hyn ymhellach, ystyriwch gymhariaeth syml nad yw'n gysylltiedig â ffiseg na chyfrifiadura. Ystyriwch beth fyddai'n digwydd pe na bai un, ond bod dau ddarn arian yn cael eu taflu. Fel arfer, nid yw p'un a yw un darn arian yn glanio ar bennau neu gynffonau yn effeithio fawr ddim ar ganlyniad taflu'r ail ddarn arian.
Fodd bynnag, yn achos maglu, mae'r ddwy ran wedi'u cysylltu neu eu maglu, ni waeth a ydynt ar wahân yn gorfforol. Yn yr achos hwn, os bydd un darn arian yn glanio ar bennau, bydd yr ail ddarn arian yn yr un modd yn arddangos pennau, ac i'r gwrthwyneb.
Deall maglu cwantwm (gydag enghraifft)
Mae cysylltiad cwantwm yn wir yn sefyllfa lle mae dwy system (electronau neu ffotonau fel arfer) wedi'u cysylltu mor agos fel y byddai cael gwybodaeth am “gyflwr” un system (cyfeiriad troelliad yr electron, dyweder “I Fyny”) yn rhoi gwybodaeth ar unwaith am gyflwr y system arall. “cyflwr” (cyfeiriad troelliad yr ail electron, dyweder “I Lawr”) waeth pa mor bell oddi wrth ei gilydd y mae’r systemau hyn yn bodoli.
Mae'r ymadroddion “instant” a “waeth pa mor bell oddi wrth ei gilydd” yn arwyddocaol. Mae'r ffenomen hon wedi drysu gwyddonwyr fel Einstein, gan nad yw'r cyflwr wedi'i ddiffinio nes iddo gael ei fesur, ac mae trosglwyddo gwybodaeth yn herio'r rheol ffiseg glasurol na ellir cario gwybodaeth yn gyflymach na chyflymder golau.
Fodd bynnag, profwyd bod maglu wedi defnyddio ffotonau ac electronau ers y 1980au, diolch i ymchwil a phrofion a ddechreuodd yn yr 1980au.
Gellir cynhyrchu dau ronyn isatomig (electronau) fel y gellir eu disgrifio gan ffwythiant ton sengl. Gellir cyflawni maglu mewn un dull trwy ganiatáu i ronyn rhiant â throelliadau sero bydru i ddau ronyn epil wedi'u maglu â throelli cyfartal ond dirgroes.
Os nad yw dau ronyn merch yn rhyngweithio ag unrhyw beth, bydd eu swyddogaethau tonnau yn aros yn gyfartal ac yn wrthwynebol ni waeth pa mor bell oddi wrth ei gilydd y cânt eu mesur. Penderfynodd gwyddonwyr trwy brofion nad oedd yr amser maglu wedi cael unrhyw effaith ar y wybodaeth.
Yn lle hynny, anfonir gwybodaeth at y gronyn arall ar gyfradd gyflymach na chyflymder golau dim ond pan fydd gwybodaeth un gronyn yn cael ei fesur.
O ganlyniad, mae gwybodaeth yn llifo ar y cyflymder hwn. Ond nid oes gennym unrhyw reolaeth drosto - mae'r diffyg rheolaeth hwn yn cyfyngu ar y defnydd o Clymu Cwantwm, megis anfon neges neu wybodaeth arall yn gyflymach na chyflymder golau.
Pa rôl y mae ymgysylltu yn ei chwarae mewn cyfrifiadura cwantwm?
Mae newid cyflwr cwbit wedi'i falu yn syth yn newid cyflwr y cwbit pâr mewn cyfrifiaduron cwantwm. O ganlyniad, mae cysylltiad yn cyflymu cyflymder prosesu cyfrifiaduron cwantwm.
Oherwydd bod prosesu un qubit yn datgelu gwybodaeth am nifer o qubits, nid yw dyblu nifer y cwbits o reidrwydd yn cynyddu nifer y prosesau (hy, y cwbits wedi'u maglu).
Mae angen maglu cwantwm, yn ôl astudiaethau, er mwyn i algorithm cwantwm ddarparu cyflymiad esbonyddol dros gyfrifiadau clasurol.
Cymwysiadau rhwymo mewn cyfrifiadura cwantwm
Gall sawl cais elwa o'r nodwedd gorfforol un-o-fath hon, a fydd yn newid ein presennol a'n dyfodol. Efallai y bydd amgryptio cwantwm, codio dwys iawn, trosglwyddiad cyflymach na golau efallai, a hyd yn oed teleportation i gyd yn cael eu galluogi gan gyfathrach.
Mae gan gyfrifiaduron cwantwm y potensial i fynd i'r afael â heriau amser a phrosesu pŵer-ddwys mewn amrywiaeth o ddiwydiannau, gan gynnwys cyllid a bancio.
Mae maglu cwantwm yn ffenomen a allai helpu cyfrifiaduron o'r fath trwy leihau'r amser a'r pŵer prosesu sydd eu hangen i drin llif data rhwng eu cwbits.
1. Cryptograffi Cwantwm
Mewn cryptograffeg glasurol, mae'r anfonwr yn amgodio'r neges gydag un allwedd, tra bod y derbynnydd yn ei dadgodio gyda'r allwedd a rennir. Fodd bynnag, mae perygl y bydd trydydd parti yn cael gwybodaeth am yr allweddi ac yn gallu rhyng-gipio a thanseilio cryptograffeg.
Creu sianel ddiogel rhwng y ddwy ochr yw conglfaen cryptograffeg na ellir ei thorri. Gall cyfathrach achosi hyn. Gan fod y ddwy system yn sownd, maent yn cydberthyn (pan fydd un yn newid, felly hefyd y llall), ac ni fydd unrhyw drydydd parti yn rhannu'r gydberthynas hon.
Mae cryptograffeg cwantwm hefyd yn elwa o ddiffyg clonio, sy'n golygu ei bod yn amhosibl cynhyrchu copi union yr un fath o gyflwr cwantwm anhysbys. O ganlyniad, mae'n amhosibl ailadrodd data sydd wedi'i amgodio mewn cyflwr cwantwm.
Gyda dosbarthiad allwedd cwantwm anhreiddiadwy, mae cryptograffeg cwantwm eisoes wedi'i wireddu (QKD). Mae QKD yn defnyddio ffotonau sydd wedi'u polareiddio ar hap i gyfleu gwybodaeth am yr allwedd. Mae'r derbynnydd yn dehongli'r allwedd gan ddefnyddio hidlwyr polareiddio a'r dechneg a ddefnyddir i amgryptio'r neges.
Mae'r data cyfrinachol yn dal i gael ei drosglwyddo trwy linellau cyfathrebu safonol, ond dim ond yr union allwedd cwantwm all ddadgodio'r neges. Oherwydd bod “darllen” y ffotonau polariaidd yn newid eu cyflwr, mae unrhyw glustfeinio yn rhybuddio'r cyfathrebwyr am yr ymwthiad.
Mae technoleg QKD wedi'i chyfyngu ar hyn o bryd gan gebl ffibr optig, sy'n gallu danfon ffoton am tua 100km cyn mynd yn rhy lewygu i'w dderbyn. Yn 2004, digwyddodd y trosglwyddiad banc QKD cyntaf yn Awstria.
Mae gwneud yn siŵr bod trosglwyddo cyfathrebiadau na ellir eu torri ac atal ymyrraeth sy'n sicr yn ddiogel yn seiliedig ar egwyddorion ffisegol yn cael eu cymhwyso'n amlwg yn y sectorau cyllid, bancio, milwrol, meddygol a sectorau eraill. Mae nifer o fusnesau bellach yn defnyddio QKD wedi'i glymu.
2. Teleportation Cwantwm
Teleportation cwantwm hefyd yw'r dull o drosglwyddo gwybodaeth cwantwm rhwng dau barti, megis ffotonau, atomau, electronau, a chylchedau uwchddargludo. Yn ôl ymchwil, mae teleportation yn caniatáu i QCs redeg ochr yn ochr â defnyddio llai o drydan sy'n lleihau'r defnydd o bŵer 100 i 1000 o weithiau.
Mae'r gwahaniaeth rhwng teleportation cwantwm a cryptograffeg cwantwm fel a ganlyn:
- Cyfnewid teleportation cwantwm Dros sianel glasurol, anfonir gwybodaeth “cwantwm”.
- Cyfnewid cryptograffeg cwantwm Dros sianel cwantwm, anfonir gwybodaeth “glasurol”.
Mae anghenion pŵer cyfrifiaduron cwantwm yn cynhyrchu gwres, sy'n her o ystyried bod yn rhaid iddynt weithredu ar dymheredd mor isel. Mae gan deleportation y potensial i arwain at atebion dylunio a fydd yn cyflymu datblygiad cyfrifiadura cwantwm.
3. System Fiolegol
Mae'r corff dynol, fel pob creadur, yn newid yn barhaus oherwydd rhyngweithiad miliynau o brosesau cemegol a biolegol. Tan yn ddiweddar, tybiwyd eu bod yn llinol, gydag “A” yn arwain at “B.” Fodd bynnag, mae bioleg cwantwm a bioffiseg wedi datgelu llawer iawn o gydlyniad y tu mewn i systemau biolegol, gyda QE yn chwarae rhan.
Y ffordd y mae is-unedau amrywiol strwythurau protein cael eu pacio gyda'i gilydd yn cael ei ddatblygu i ganiatáu ar gyfer maglu cwantwm a chydlyniad parhaus. Mae Bioleg Cwantwm yn dal i fod yn bwnc damcaniaethol gyda nifer o bryderon heb eu hateb; pan roddir sylw iddynt, bydd cymwysiadau mewn meddygaeth yn dod yn fwyfwy amlwg.
Gall cyfrifiadura cwantwm, mewn theori, fod yn fwy tebyg i natur (trwy efelychu bondio atomig) a systemau biolegol cwantwm na chyfrifiaduron clasurol.
4. Codio Superdense
Codio superdense yw'r dull o drosglwyddo dau ddarn confensiynol o wybodaeth gan ddefnyddio un cwbit wedi'i falu. Gall cod sy'n hynod ddwys:
- Caniatáu i'r defnyddiwr anfon hanner yr hyn sydd ei angen i ail-greu neges glasurol o flaen amser, gan ganiatáu i'r defnyddiwr gyfathrebu ar gyflymder dwbl nes bod y cwbits a ddarperir ymlaen llaw yn dod i ben.
- Mae cynhwysedd sianel cwantwm dwy ffordd i un cyfeiriad yn cael ei ddyblu.
- Trosi lled band hwyrni uchel yn lled band hwyrni isel trwy drosglwyddo hanner y data dros y sianel latency uchel i gefnogi'r data sy'n dod i mewn dros y sianel latency isel.
Mae pob cenhedlaeth o gyfathrebu wedi galw am fwy o drosglwyddo data. Bydd cynnydd tebyg mewn gwybodaeth yn bosibl gyda chodio uwch-ddwys.
Casgliad
Gall maglu cwantwm ein galluogi i weithio gyda data mewn ffyrdd annirnadwy o'r blaen. Trwy integreiddio cyfrifiadura cwantwm â chyffwrdd, byddwn yn gallu ateb materion sy'n gofyn am lawer iawn o ddata mewn modd mwy effeithlon a diogel.
Gyda chymwysiadau biolegol a seryddol yn cael eu hychwanegu, gellir defnyddio QE i ateb y materion y mae bodau dynol wedi'u hystyried ers tro: o ble y daethom a sut y dechreuodd y cyfan?
Po fwyaf o ddatblygiadau technolegol, y mwyaf o gymwysiadau y byddwn yn dod o hyd iddynt ar ei gyfer - mae ganddo addewid aruthrol!
Gadael ymateb