Cifereca transformo ŝanĝas la mondon pli rapide ol iam antaŭe. Lerni pri la ŝlosilaj konceptoj de la cifereca epoko fariĝos eĉ pli kritika kun la baldaŭa alveno de alia nova ondo de teknologio kapabla transformi ekzistantajn modelojn kun mirinda rapideco kaj potenco: kvantuma komputado.
En ĉi tiu artikolo, ni komparas la bazajn konceptojn de tradicia komputiko kaj kvantuma komputiko, kaj ankaŭ komencas esplori ilian aplikon en malsamaj areoj.
Kio estas kvantumaj propraĵoj?
Laŭlonge de la historio, homoj evoluigis teknologion ĉar ili komprenis la funkciadon de la naturo per scienco. Inter la 1900-aj kaj 1930-aj jaroj, la studo de iuj fizikaj fenomenoj, kiuj ankoraŭ ne estis bone komprenitaj, estigis novan fizikan teorion: Kvantuma Meĥaniko. Ĉi tiu teorio priskribas kaj klarigas la funkciadon de la mikroskopa mondo, la natura vivejo de molekuloj, atomoj kaj elektronoj.
Ne nur ĝi povis klarigi tiujn fenomenojn, sed ĝi ankaŭ ebligis kompreni, ke subatoma realeco funkcias tute kontraŭintuicia, preskaŭ magia maniero, kaj ke eventoj okazas en la mikroskopa mondo, kiuj ne okazas en la makroskopa mondo.
Tiuj kvantumaj trajtoj inkludas kvantuman supermeton, kvantuman implikiĝon, kaj kvantuman teleportadon.
- Kvantuma superpozicio priskribas kiel partiklo povas esti en malsamaj statoj samtempe.
- Kvantuma implikiĝo priskribas kiel du partikloj povas esti alportitaj al "implikita" stato kaj, post tio, respondas preskaŭ samtempe en la sama maniero, malgraŭ sia fizika distanco. Alivorte, ili povas esti metitaj tiom malproksime kiel dezirate, kaj, interagante kun unu, la alia reagas al tiu sama interago.
- Teleportado cuanta uzas kvantuman implikiĝon por sendi informojn de unu loko en spaco al alia sen la bezono vojaĝi tra spaco.
Kvantuma komputado baziĝas sur ĉi tiuj kvantumaj trajtoj de subatoma naturo.
En ĉi tiu kazo, la hodiaŭa kompreno de la mikroskopa mondo per Kvantuma Mekaniko permesas al ni inventi kaj desegni teknologiojn kapablajn plibonigi la vivojn de homoj. Estas multaj malsamaj teknologioj, kiuj uzas kvantumajn fenomenojn, kaj kelkaj el ili, kiel laseroj aŭ magneta resonanca bildigo (MRI), ekzistas jam de pli ol duonjarcento.
Kio estas kvantuma komputado?
Por kompreni kiel funkcias kvantumaj komputiloj, estas utile unue klarigi kiel funkcias la komputiloj, kiujn ni uzas ĉiutage, nomataj en ĉi tiu artikolo kiel ciferecaj aŭ klasikaj komputiloj. Ĉi tiuj, kiel ĉiuj aliaj elektronikaj aparatoj kiel tablojdoj aŭ poŝtelefonoj, uzas bitojn kiel siajn fundamentajn unuojn de memoro. Ĉi tio signifas, ke programoj kaj aplikaĵoj estas koditaj per bitoj, do en binara lingvo de nuloj kaj unoj.
Ĉiufoje kiam ni interagas kun iu ajn el ĉi tiuj aparatoj, ekzemple premante klavon sur la klavaro, ĉenoj de nuloj kaj unuj estas kreitaj, detruitaj kaj/aŭ modifitaj ene de la komputilo.
La interesa demando estas, kio estas ĉi tiuj nuloj kaj unuoj fizike en la komputilo? La nul kaj unu statoj de la bitoj respondas al elektra kurento fluanta, aŭ ne, tra mikroskopaj partoj nomitaj transistoroj, kiuj funkcias kiel ŝaltiloj. Kiam neniu kurento fluas, la transistoro estas "malŝaltita" kaj respondas al bito 0, kaj kiam ĝi fluas, ĝi estas "ŝaltita" kaj respondas al bito 1.
En pli simpligita formo, estas kvazaŭ bitoj 0 kaj 1 respondas al truoj, tiel ke malplena truo estas iom 0 kaj truo okupata de elektrono estas iom 1. Nun kiam ni havas ideon pri kiel funkcias la hodiaŭaj komputiloj , ni provu kompreni kiel funkcias kvantumkomputiloj.
De bitoj ĝis kvoj
La fundamenta unuo de informoj en kvantuma komputado estas la kvantuma bito aŭ kvbito. Qubits estas, de difino, dunivelaj kvantumsistemoj kiuj, kiel bitoj, povas esti sur la malalta nivelo, kiu egalrilatas al stato de malalta ekscito aŭ energio difinita kiel 0; aŭ ĉe la alta nivelo, kiu egalrilatas al stato de pli alta ekscito aŭ difinita kiel 1.
Tamen, kaj ĉi tie kuŝas la fundamenta diferenco kun klasika komputado, kvbitoj ankaŭ povas esti en iu ajn el senfina nombro da mezaj statoj inter 0 kaj 1, kiel ŝtato kiu estas duono 0 kaj duono 1, aŭ tri kvaronoj de 0 kaj unu kvarono. de 1. Tiu ĉi fenomeno estas konata kiel kvantuma supermeto kaj estas natura en kvantumsistemoj.
Kvantumalgoritmoj: Eksponente pli potenca kaj efika komputado
La celo de kvantumkomputiloj estas utiligi ĉi tiujn kvantumajn trajtojn de kvantoj, kiel kvantumsistemoj, por povi prizorgi kvantumalgoritmojn kiuj uzas supermeton kaj implikiĝon por oferti multe pli grandan pretigpovon ol klasikaj.
Gravas atentigi, ke la vera paradigmoŝanĝo ne konsistas en fari la samon, kiun faras ciferecaj aŭ klasikaj komputiloj -la nunaj-, sed pli rapide, kiel multaj artikoloj erare asertas, sed prefere ke kvantumalgoritmoj permesas esti certaj operacioj. farita en tute malsama maniero; tio ofte estas pli efika -tio estas, en multe malpli da tempo aŭ uzante multe malpli da komputilaj rimedoj-.
Ni rigardu konkretan ekzemplon pri tio, kion tio implicas. Ni imagu, ke ni estas en San-Francisko kaj ni volas scii, kiu estas la plej bona vojo al Novjorko el miliono da ebloj por atingi tien (N=1,000,000). Por povi uzi komputilojn por trovi la optimuman itineron, ni devas ciferecigi 1,000,000 opciojn, kio implicas traduki ilin en bitlingvon por la klasika komputilo kaj en kvbitojn por la kvantuma komputilo.
Dum klasika komputilo bezonus trairi ĉiujn vojojn unu post alia ĝis ĝi trovas la deziratan, kvantuma komputilo utiligas procezon konatan kiel kvantuma paralelismo kiu permesas al ĝi, esence, konsideri ĉiujn vojojn samtempe. Ĉi tio implicas ke la kvantuma komputilo trovos la optimuman itineron multe pli rapide ol la klasika komputilo, pro la optimumigo de uzitaj resursoj.
Por kompreni la diferencojn en komputa kapacito, kun n kvoj ni povas fari la ekvivalenton al kio eblus kun 2n pecetoj. Ofte oni diras, ke kun ĉirkaŭ 270 kvbitoj vi povus havi pli da bazaj statoj en kvantuma komputilo - pli malsamaj kaj samtempaj signoj - ol la nombro da atomoj en la universo, kiu estas taksita proksimume 2.80. Alia ekzemplo estas, ke oni taksas, ke per kvantuma komputilo inter 2000 kaj 2500 kvbitoj oni povus rompi praktike la tutan kriptografion uzatan hodiaŭ (konatan kiel publika ŝlosila kripto).
Koncerne kriptografion, ekzistas multaj avantaĝoj por uzi kvantuma komputado. Se du sistemoj estas pure implikitaj, tio signifas, ke ili estas korelaciitaj unu kun la alia (te, kiam unu ŝanĝiĝas, la alia ankaŭ ŝanĝiĝas) kaj neniu tria partio kunhavas ĉi tiun korelacion.
Takeaway
Ni estas en tempo de cifereca transformo en kiu malsamaj emerĝantaj teknologioj kiel blokoĉeno, artefarita inteligenteco, virabeloj, Interreto de Aĵoj, virtuala realeco, 5G, 3D-presiloj, robotoj aŭ aŭtonomaj veturiloj estas ĉiam pli ĉeestantaj en multoblaj kampoj kaj sektoroj.
Tiuj ĉi teknologioj, kiuj intencas plibonigi la kvaliton de la homa vivo per akcelo de disvolviĝo kaj generado de socia efiko, nuntempe progresas paralele. Nur malofte ni vidas kompaniojn disvolvi produktojn, kiuj ekspluatas kombinaĵojn de du aŭ pli el ĉi tiuj teknologioj, kiel blokoĉeno kaj IoT aŭ virabeloj kaj artefarita inteligento.
Dum ili estas destinitaj al konverĝi kaj tiel generi eksponente pli grandan efikon, la frua etapo de evoluo ili estas en kaj la malabundeco de programistoj kaj homoj kun teknikaj fonoj signifas ke konverĝoj daŭre estas pritraktata tasko.
Pro ilia interrompa potencialo, kvantumaj teknologioj estas atenditaj ne nur konverĝi kun ĉiuj tiuj novaj teknologioj, sed ankaŭ havi larĝan influon sur preskaŭ ĉiuj el ili. Kvantuma komputado minacos la aŭtentikigon, interŝanĝon kaj sekuran konservadon de datumoj, havante pli grandan efikon al tiuj teknologioj en kiuj kriptografio ludas pli gravan rolon, kiel ekzemple cibersekureco aŭ blokĉeno.
Lasi Respondon