Edukien aurkibidea[Ezkutatu][Erakutsi]
Konputazio kuantikoak datuak prozesatzen ditu mekanika kuantikoaren printzipioak erabiliz. Ondorioz, konputazio kuantikoak konputazio klasikoaren aldean beste ikuspegi bat behar du. Ordenagailu kuantikoetan erabiltzen den prozesadorea bereizketa horren adibide bat da.
Ordenagailu tradizionalek silizioan oinarritutako prozesadoreak erabiltzen dituzten bitartean, ordenagailu kuantikoek atomoak, ioiak, fotoiak edo elektroiak bezalako sistema kuantikoak erabiltzen dituzte. Ezaugarri kuantikoak erabiltzen dituzte 1 eta 0ren hainbat gainjarri kuantikotan sor daitezkeen bitak irudikatzeko.
Beraz, zer esan nahi du zehazki "quantum" terminoak testuinguru honetan? Jauzi nabarmena al da?
Quantum terminoa latinezko quantum hitzetik dator, hau da, "kantitatea" esan nahi du. Fisikan "erradiazioaren maiztasunarekiko proportzionala den energia kantitate diskretua" da. Discretoa ez jarraitua ez bereizia ez den zerbaiti egiten dio erreferentzia. Kuantikoak kopuru bereziak edo esanguratsuak aipatzen ditu zentzu honetan.
Zer da konputazio kuantikoa?
Informatika kuantikoa metodo aljebraikoak erabiltzen ari da kalkuluetarako algoritmoak eraikitzeko, askotan fisika kuantikoan erabiltzen direnen berdinak edo antzekoak direnak. Mekanika kuantikoak, berriz, atomoen eta partikula azpiatomikoen tamainan naturaren ezaugarri fisikoen azalpenean murgiltzen den oinarrizko fisikako teoria bati egiten dio erreferentzia.
A ordenagailu kuantikoa Horrelako algoritmoak ezartzeko gai den ordenagailu hipotetikoa da, beraz. Ondorioz, ordenagailu kuantikoak, funtsean, bit kuantikoetan oinarritzen dira, qubit izenez ere ezagunak, elektroi bakar batetik sortu daitezkeenak.
Material kuantikoa mekanika kuantikoaren arauen arabera jokatzen du, konputazio probabilista, gainposizioa eta korapilatzea. Ideia hauek algoritmo kuantikoen oinarri gisa balio dute, ordenagailu kuantikoen gaitasunak arazo konplikatuei aurre egiteko erabiltzen dituztenak.
Artikulu honetan entanglement kuantikoari buruz jakin behar duzun guztia eztabaidatuko dut.
Zer da korapilatze kuantikoa?
Entanglement kuantikoa bi sistema hain estu loturik daudenean gertatzen da, non bata ezagutzeak bestearen berehalako ezagutza ematen dizu, zeinen urrun dauden arren.
Einstein bezalako zientzialariak txundituta geratu ziren fenomeno honekin, eta "urrutiko ekintza beldurgarria" izendatu zuen, informaziorik ezin dela argiaren abiadura baino azkarrago bidaliko araua hautsi baitzuen. Fotoiak eta elektroiak erabiliz egindako esperimentu gehigarriek, ordea, korapilazioa egiaztatu zuten.
Entanglementa konputazio kuantikoaren oinarria da. Fisikan korapilatze kuantikoa partikula kuantikoen arteko lotura oso sendoari egiten dio erreferentzia. Konexio hau hain da sendoa, non bi partikula kuantiko edo gehiago ezinbestean konekta daitezke distantzia izugarriz bananduta dauden bitartean.
Hau gehiago ulertzeko, kontuan hartu fisikarekin edo informatikarekin zerikusirik ez duen konparazio sinple bat. Kontuan izan zer gertatuko litzatekeen txanpon bat ez, bi txanpon botako balira. Normalean, txanpon batek buruan edo buztanean lur hartzen duen ala ez, bigarren txanponaren zozketako emaitzan eragin txikia du.
Hala ere, korapilazioaren kasuan, bi zatiak lotuta edo korapilatuta daude, fisikoki bereizita dauden ala ez. Kasu honetan, txanpon bat buru gainean jartzen bada, bigarren txanponak ere buruak erakutsiko ditu, eta alderantziz.
Entanglement kuantikoa ulertzea (adibidez)
Entanglement kuantikoa, hain zuzen ere, bi sistema (normalean elektroiak edo fotoiak) hain estu loturik dauden egoera bat da, non sistema baten "egoerari" buruzko informazioa eskuratzeak (elektroiaren spinaren norabidea, esan "Gora") beste sistemaren inguruko berehalako ezagutza emango luke. "egoera" (bigarren elektroiaren biraren norabidea, esan "Behera") sistema hauek zenbateraino dauden alde batera utzita.
Esanguratsuak dira "berehala" eta "hain urrun dauden kontuan hartu gabe" esaldiak. Fenomeno honek txundituta utzi ditu Einstein bezalako zientzialariak, izan ere, egoera ez baita definitzen neurtu arte, eta informazioaren transmisioak fisika klasikoaren araua zalantzan jartzen duelako informazioa ezin dela argiaren abiadura baino azkarrago eraman.
Hala ere, korapilatzeak fotoiak zein elektroiak erabiltzen dituela frogatu da 1980ko hamarkadatik aurrera, 1980ko hamarkadan hasitako ikerketei eta probei esker.
Bi partikula azpiatomiko (elektroiak) ekoitzi daitezke, uhin-funtzio bakar baten bidez deskribatu ahal izateko. Metodo batean korapilatzea lor daiteke, zero spin dituen partikula guraso bati bira berdina baina aurkakoak dituzten bi partikula alaba korapilatu bihurtzea ahalbidetuz.
Bi partikula alaba ezerrekin elkarreraginatzen ez badute, haien uhin-funtzioak berdinak eta aurkakoak mantenduko dira, neurtzen diren arren. Zientzialariek probaren bidez zehaztu zuten korapilatze denborak ez zuela eraginik izan informazioan.
Horren ordez, informazioa beste partikulara bidaltzen da argiaren abiadura baino abiadura handiagoan partikula baten informazioa neurtzen denean soilik.
Ondorioz, informazioa erritmo horretan doa. Baina ez dugu horren gaineko kontrolik: kontrol falta honek Entanglement Kuanikoaren erabilerak mugatzen ditu, hala nola, mezu bat edo bestelako informazioa argiaren abiadura baino azkarrago bidaltzea.
Zer eginkizun du entanglementak konputazio kuantikoan?
Korapilatutako qubit baten egoera bat-batean aldatzeak parekatutako qubitaren egoera aldatzen du ordenagailu kuantikoetan. Ondorioz, korapilatzeak ordenagailu kuantikoen prozesatzeko abiadura bizkortzen du.
Qubit bat prozesatzeak qubit ugariri buruzko informazioa agerian uzten duenez, qubit kopurua bikoizteak ez du zertan prozesu kopurua handitu (hau da, korapilatutako qubitak).
Entanglement kuantikoa, ikerketen arabera, algoritmo kuantiko batek kalkulu klasikoen gainetik bizkortze esponentziala emateko beharrezkoa da.
Entanglement aplikazioak konputazio kuantikoan
Ezaugarri fisiko bakar honetaz baliatu daitezke hainbat aplikaziok, gure oraina eta etorkizuna aldatuko dituena. Enkriptazio kuantikoa, kodetze superdentsoa, agian argia baino azkarragoa den transmisioa eta baita telegarraioa ere entanglementak gaituta egon daitezke.
Ordenagailu kuantikoek denbora eta prozesatzeko botere intentsiboko erronkei aurre egiteko ahalmena dute hainbat industriatan, finantzak eta bankuak barne.
Entanglement kuantikoa honelako ordenagailuei lagun diezaiekeen fenomenoa da, haien qubiten arteko datu-fluxua kudeatzeko behar den denbora eta prozesatzeko potentzia murriztuz.
1. Kriptografia Kuantikoa
Kriptografia klasikoan, igorleak mezua gako batekin kodetzen du, hartzaileak, berriz, partekatutako gakoarekin deskodetzen du. Hala ere, arriskua dago hirugarren batek gakoei buruzko ezagutza lortzeko eta kriptografia atzemateko eta ahultzeko gai izateko.
Bi alderdien artean kanal seguru bat sortzea da hautsi ezin den kriptografiaren oinarria. Korapilatzeak hori eragin dezake. Bi sistemak korapilatuta daudenez, elkarren artean erlazionatuta daude (bat aldatzen denean, bestea ere aldatzen da), eta hirugarrenek ez dute korrelazio hori partekatuko.
Kriptografia kuantikoak ez-klonazioari ere mesede egiten dio, eta horrek esan nahi du ezinezkoa dela egoera kuantiko ezezagun baten erreplika berdina sortzea. Ondorioz, ezinezkoa da egoera kuantikoan kodetutako datuak errepikatzea.
Gako kuantikoen banaketa sarezin batekin, kriptografia kuantikoa dagoeneko gauzatu da (QKD). QKD-k ausaz polarizatutako fotoiak erabiltzen ditu giltzari buruzko informazioa komunikatzeko. Hartzaileak gakoa deszifratzen du iragazki polarizatzaileak eta mezua enkriptatzeko erabiltzen den teknika erabiliz.
Datu sekretuak komunikazio-lerro estandarren bidez transferitzen dira oraindik, baina gako kuantiko zehatzak soilik deskodetu dezake mezua. Polarizatutako fotoiak "irakurtzeak" egoerak aldatzen dituenez, entzuteek ohartarazi egiten dituzte komunikatzaileak intrusioaz.
Gaur egun, QKD teknologia zuntz optikoaren kableak mugatuta dago, fotoi bat 100 km inguru eman dezakeena jasotzeko ahulegi bihurtu aurretik. 2004an, lehen QKD banku-transferentzia korapilatsua gertatu zen Austrian.
Printzipio fisikoetan oinarrituta seguruak diren komunikazio hautsiezin eta manipulatzaileen transmisioak aplikazio nabariak dituela ziurtatzeak finantza, banku, militar, medikuntza eta beste sektore batzuetan. Hainbat negozio QKD korapilatua erabiltzen ari dira orain.
2. Telegarraio kuantikoa
Telegarraio kuantikoa bi alderdiren artean informazio kuantikoa transmititzeko metodoa ere bada, hala nola fotoiak, atomoak, elektroiak eta zirkuitu supereroaleak. Ikerketaren arabera, teleportazioak QC-ak paraleloan exekutatzeko aukera ematen du, elektrizitate gutxiago erabiltzen duten bitartean, potentziaren erabilera 100 eta 1000 aldiz murriztuz.
Telegarraio kuantikoaren eta kriptografia kuantikoaren arteko bereizketa hau da:
- Telegarraio kuantikoaren trukeak Kanal klasiko baten bidez, informazio "kuantikoa" bidaltzen da.
- Kriptografia kuantikoaren trukeak Kanal kuantiko baten bidez, informazio "klasikoa" bidaltzen da.
Ordenagailu kuantikoen potentzia-beharrek beroa sortzen dute, eta hori erronka da tenperatura baxuetan funtzionatu behar dutelako. Teleportazioak konputazio kuantikoaren garapena bizkortuko duten diseinu-soluzioak ekartzeko ahalmena du.
3. Sistema Biologikoa
Giza gorputza, izaki guztiak bezala, etengabe aldatzen ari da milioika prozesu kimiko eta biologikoren elkarrekintza dela eta. Duela gutxi arte, linealak zirela suposatzen zen, "A" "B"-ra eramaten zuelarik. Hala ere, biologia kuantikoak eta biofisikak koherentzia handia aurkitu dute sistema biologikoen barruan, eta QEk zeresan handia du.
Azpiunitate ezberdinen modua proteinaren egiturak elkarrekin bilduta, korapilazio eta koherentzia kuantiko iraunkorra ahalbidetzeko garatu da. Biologia Kuantikoa gai teorikoa da oraindik erantzunik gabeko hainbat kezka dituena; jorratzen direnean, medikuntzako aplikazioak gero eta ikusgaiagoak izango dira.
Konputazio kuantikoak, teorian, naturaren (lotura atomikoa simulatuz) eta sistema biologiko kuantikoen antza hobea izan dezake ordenagailu klasikoek baino.
4. Kodeketa Superdentsoa
Kodetze superdentsoa qubit korapilatu bakarra erabiliz bi informazio bit konbentzional transmititzeko metodoa da. Oso trinkoa den kodea honakoa izan daiteke:
- Erabiltzaileak mezu klasiko bat berreraikitzeko behar denaren erdia aldez aurretik bidaltzeko aukera ematen dio, erabiltzaileari abiadura bikoitzean komunikatzeko aukera emanez, aurrez entregatutako qubitak agortu arte.
- Bi norabideko kanal kuantiko batek norabide bakarrean duen ahalmena bikoiztu egiten da.
- Bihurtu latentzia handiko banda-zabalera latentzia baxuko banda-zabalera, datuen erdia latentzia handiko kanaletik transmitituz, latentzia baxuko kanaletik sartzen diren datuak laguntzeko.
Komunikazio belaunaldi bakoitzak datu-transferentzia gehiago eskatu du. Informazioaren irabazi parekoa posible izango da kode superdentsoarekin.
Ondorioa
Entanglement kuantikoak datuekin orain arte imajinaezinak diren moduetan lan egiteko aukera emango digu. Konputazio kuantikoa entanglementarekin integratuz, datu kopuru masiboa eskatzen duten arazoei modu eraginkor eta seguruagoan erantzuteko gai izango gara.
Aplikazio biologikoak eta astronomikoak gehituta, QE erabil liteke gizakiek aspaldian hausnartu duten gaiei erantzuteko: nondik gatozen eta nola hasi zen dena?
Zenbat eta teknologia gehiago aurreratu, orduan eta aplikazio gehiago aurkituko ditugu horretarako, ikaragarrizko promesa du!
Utzi erantzun bat