Mae trawsnewid digidol yn newid y byd yn gyflymach nag erioed o'r blaen. Bydd dysgu am gysyniadau allweddol yr oes ddigidol yn dod yn bwysicach fyth gyda dyfodiad ton newydd arall o dechnoleg a all drawsnewid modelau presennol gyda chyflymder a phŵer rhyfeddol: cyfrifiadura cwantwm.
Yn yr erthygl hon, rydym yn cymharu cysyniadau sylfaenol cyfrifiadura traddodiadol a chyfrifiadura cwantwm, a hefyd yn dechrau archwilio eu cymhwysiad mewn gwahanol feysydd.
Beth yw priodweddau cwantwm?
Trwy gydol hanes, mae bodau dynol wedi datblygu technoleg wrth iddynt ddod i ddeall sut mae natur yn gweithio trwy wyddoniaeth. Rhwng y 1900au a'r 1930au, arweiniodd astudiaeth o rai ffenomenau corfforol nad oedd wedi'u deall yn dda eto at ddamcaniaeth gorfforol newydd: Mecaneg Cwantwm. Mae'r ddamcaniaeth hon yn disgrifio ac yn egluro sut mae'r byd microsgopig yn gweithio, sef cynefin naturiol moleciwlau, atomau ac electronau.
Nid yn unig y mae wedi gallu esbonio'r ffenomenau hyn, ond mae hefyd wedi ei gwneud hi'n bosibl deall bod realiti isatomig yn gweithio mewn ffordd gwbl wrth-sythweledol, bron yn hudolus, a bod digwyddiadau'n digwydd yn y byd microsgopig nad ydynt yn digwydd yn y byd. byd macrosgopig.
Mae'r priodweddau cwantwm hyn yn cynnwys arosodiad cwantwm, maglu cwantwm, a theleportation cwantwm.
- Arosodiad cwantwm yn disgrifio sut y gall gronyn fod mewn cyflwr gwahanol ar yr un pryd.
- Clymu cwantwm yn disgrifio sut y gellir dod â dau ronyn i gyflwr “ymatal” ac, ar ôl hynny, ymateb bron yr un pryd yn yr un modd, er gwaethaf eu pellter corfforol. Mewn geiriau eraill, gellir eu gosod mor bell oddi wrth ei gilydd ag y dymunir, ac, wrth ryngweithio ag un, mae'r llall yn ymateb i'r un rhyngweithiad hwnnw.
- Teleportation cwantwm yn defnyddio maglu cwantwm i anfon gwybodaeth o un lle yn y gofod i'r llall heb fod angen teithio drwy'r gofod.
Mae cyfrifiadura cwantwm yn seiliedig ar y priodweddau cwantwm hyn o natur isatomig.
Yn yr achos hwn, mae dealltwriaeth heddiw o'r byd microsgopig trwy Quantum Mechanics yn ein galluogi i ddyfeisio a dylunio technolegau sy'n gallu gwella bywydau pobl. Mae yna lawer o wahanol dechnolegau sy'n defnyddio ffenomenau cwantwm, ac mae rhai ohonynt, megis laserau neu ddelweddu cyseiniant magnetig (MRI), wedi bod o gwmpas ers mwy na hanner canrif.
Beth yw cyfrifiadura cwantwm?
Er mwyn deall sut mae cyfrifiaduron cwantwm yn gweithio, mae'n ddefnyddiol esbonio'n gyntaf sut mae'r cyfrifiaduron rydyn ni'n eu defnyddio bob dydd, y cyfeirir atynt yn yr erthygl hon fel cyfrifiaduron digidol neu glasurol, yn gweithio. Mae'r rhain, fel pob dyfais electronig arall fel tabledi neu ffonau symudol, yn defnyddio darnau fel eu hunedau cof sylfaenol. Mae hyn yn golygu bod rhaglenni a chymwysiadau wedi'u hamgodio mewn darnau, hy mewn iaith ddeuaidd o sero a rhai.
Bob tro rydyn ni'n rhyngweithio ag unrhyw un o'r dyfeisiau hyn, er enghraifft trwy wasgu allwedd ar y bysellfwrdd, mae llinynnau sero, a rhai'n cael eu creu, eu dinistrio a/neu eu haddasu o fewn y cyfrifiadur.
Y cwestiwn diddorol yw, beth yw'r sero a'r rhai hyn yn gorfforol y tu mewn i'r cyfrifiadur? Mae cyflwr sero ac un didau yn cyfateb i gerrynt trydanol sy'n llifo, neu beidio, trwy rannau microsgopig o'r enw transistorau, sy'n gweithredu fel switshis. Pan nad oes cerrynt yn llifo, mae'r transistor “i ffwrdd” ac yn cyfateb i ychydig 0, a phan mae'n llifo, mae “ymlaen” ac yn cyfateb i ychydig 1.
Ar ffurf fwy syml, mae fel petai didau 0 ac 1 yn cyfateb i dyllau, fel bod twll gwag ychydig yn 0 a thwll y mae electron yn ei feddiannu ychydig yn 1. Nawr bod gennym syniad o sut mae cyfrifiaduron heddiw yn gweithio , gadewch i ni geisio deall sut mae cyfrifiaduron cwantwm yn gweithio.
O ddarnau i qubits
Yr uned wybodaeth sylfaenol mewn cyfrifiadura cwantwm yw'r did cwantwm neu'r cwbit. Mae Qubits, yn ôl eu diffiniad, yn systemau cwantwm dwy lefel sydd, fel didau, yn gallu bod ar y lefel isel, sy'n cyfateb i gyflwr o gynhyrfu isel neu egni a ddiffinnir fel 0; neu ar y lefel uchel, sy'n cyfateb i gyflwr o gyffro uwch neu wedi'i ddiffinio fel 1.
Fodd bynnag, ac yma y gorwedd y gwahaniaeth sylfaenol gyda chyfrifiadura clasurol, gall cwbits hefyd fod mewn unrhyw un o nifer anfeidrol o daleithiau canolraddol rhwng 0 ac 1, megis cyflwr sydd yn hanner 0 a hanner 1, neu dri chwarter 0 ac un chwarter. o 1. Gelwir y ffenomen hon yn arosodiad cwantwm ac mae'n naturiol mewn systemau cwantwm.
Algorithmau cwantwm: Cyfrifiadura mwy pwerus ac effeithlon yn esbonyddol
Pwrpas cyfrifiaduron cwantwm yw manteisio ar y priodweddau cwantwm hyn sydd gan qubits, fel systemau cwantwm, i allu rhedeg algorithmau cwantwm sy'n defnyddio arosodiad a maglu i gynnig pŵer prosesu llawer mwy na rhai clasurol.
Mae'n bwysig nodi nad yw'r newid patrwm go iawn yn cynnwys gwneud yr un peth ag y mae cyfrifiaduron digidol neu glasurol - y rhai presennol - yn ei wneud, ond yn gyflymach, fel y mae llawer o erthyglau yn ei honni ar gam, ond yn hytrach bod algorithmau cwantwm yn caniatáu i rai gweithrediadau fod. perfformio mewn ffordd hollol wahanol; mae hynny'n aml yn fwy effeithlon - hynny yw, mewn llawer llai o amser neu'n defnyddio llawer llai o adnoddau cyfrifiannol-.
Edrychwn ar enghraifft bendant o'r hyn y mae hyn yn ei olygu. Gadewch i ni ddychmygu ein bod ni yn San Francisco a'n bod ni eisiau gwybod pa un yw'r llwybr gorau i Efrog Newydd allan o filiwn o opsiynau ar gyfer cyrraedd yno (N=1,000,000). Er mwyn gallu defnyddio cyfrifiaduron i ddod o hyd i'r llwybr gorau posibl, mae angen i ni ddigideiddio 1,000,000 o opsiynau, sy'n awgrymu eu cyfieithu i iaith bit ar gyfer y cyfrifiadur clasurol ac yn qubits ar gyfer y cyfrifiadur cwantwm.
Er y byddai angen i gyfrifiadur clasurol fynd trwy'r holl lwybrau fesul un nes iddo ddod o hyd i'r un a ddymunir, mae cyfrifiadur cwantwm yn manteisio ar broses a elwir yn gyfochrogiaeth cwantwm sy'n caniatáu iddo, yn y bôn, ystyried pob llwybr ar unwaith. Mae hyn yn awgrymu y bydd y cyfrifiadur cwantwm yn dod o hyd i'r llwybr gorau posibl yn llawer cyflymach na'r cyfrifiadur clasurol, oherwydd optimeiddio adnoddau ail-law.
Er mwyn deall y gwahaniaethau mewn cynhwysedd cyfrifiannol, gydag n qubits gallwn wneud yr hyn a fyddai'n bosibl gyda 2n darnau. Dywedir yn aml mai gyda thua 270 qubits gallech fod â mwy o gyflyrau sylfaen mewn cyfrifiadur cwantwm – mwy o nodau gwahanol a llinynnau cydamserol – na nifer yr atomau yn y bydysawd, a amcangyfrifir i fod tua 280. Enghraifft arall yw yr amcangyfrifir gyda chyfrifiadur cwantwm rhwng 2000 a 2500 qubits y gallech dorri bron yr holl cryptograffeg a ddefnyddir heddiw (a elwir yn cryptograffeg allwedd gyhoeddus).
Cyn belled ag y mae cryptograffeg yn mynd, mae yna nifer o fanteision i'w ddefnyddio cyfrifiadura cwantwm. Os yw dwy system wedi'u maglu'n llwyr, mae hynny'n golygu eu bod yn cydberthyn â'i gilydd (hy, pan fydd un yn newid, mae'r llall hefyd yn newid) ac nid oes unrhyw drydydd parti yn rhannu'r gydberthynas hon.
Takeaway
Rydym mewn cyfnod o drawsnewid digidol lle mae gwahanol dechnolegau sy'n dod i'r amlwg megis blockchain, deallusrwydd artiffisial, dronau, Rhyngrwyd Pethau, rhith-realiti, 5G, argraffwyr 3D, robotiaid neu cerbydau ymreolaethol yn gynyddol bresennol mewn meysydd a sectorau lluosog.
Mae'r technolegau hyn, sydd i fod i wella ansawdd bywyd dynol trwy gyflymu datblygiad a chynhyrchu effaith gymdeithasol, yn datblygu ochr yn ochr ar hyn o bryd. Dim ond yn anaml y gwelwn gwmnïau'n datblygu cynhyrchion sy'n manteisio ar gyfuniadau o ddau neu fwy o'r technolegau hyn, megis blockchain ac IoT neu dronau a deallusrwydd artiffisial.
Er eu bod i fod i gydgyfeirio a thrwy hynny gael effaith esbonyddol fwy, mae cyfnod cynnar eu datblygiad a phrinder datblygwyr a phobl â chefndir technegol yn golygu bod cydgyfeiriant yn dal i fod yn dasg yr arfaeth.
Oherwydd eu potensial aflonyddgar, disgwylir i dechnolegau cwantwm nid yn unig gydgyfeirio â'r holl dechnolegau newydd hyn, ond hefyd gael dylanwad eang ar bron pob un ohonynt. Cyfrifiadura cwantwm yn bygwth dilysu, cyfnewid a storio data yn ddiogel, gan gael mwy o effaith ar y technolegau hynny y mae cryptograffeg yn chwarae rhan fwy perthnasol ynddynt, megis seiberddiogelwch neu blockchain.
Gadael ymateb