Índice analítico[Ocultar][Mostrar]
A computación cuántica procesa datos utilizando os principios da mecánica cuántica. Como resultado, a computación cuántica require un enfoque diferente ao da computación clásica. O procesador usado nas computadoras cuánticas é un exemplo desta distinción.
Mentres que os ordenadores tradicionais empregan procesadores baseados en silicio, os ordenadores cuánticos usan sistemas cuánticos como átomos, ións, fotóns ou electróns. Empregan características cuánticas para representar bits que se poden crear en varias superposicións cuánticas de 1 e 0.
Entón, que significa exactamente o termo "cuántico" neste contexto? É un salto importante?
O termo cuántico deriva da palabra latina quantum, que significa "cantidade". É unha "cantidade discreta de enerxía proporcional en magnitude á frecuencia da radiación que representa" en física. Discreto refírese a algo que non é continuo nin distinto. Quantum refírese a cantidades únicas ou significativas neste sentido.
Que é a computación cuántica?
Informática cuántica está a usar métodos alxébricos para construír algoritmos de cálculo, que adoitan ser iguais ou similares aos usados na física cuántica. A mecánica cuántica, pola súa banda, refírese a unha teoría física básica que mergulla na explicación das calidades físicas da natureza no tamaño dos átomos e das partículas subatómicas.
A ordenador cuántico é así un hipotético ordenador capaz de implementar tales algoritmos. Como resultado, as computadoras cuánticas baséanse fundamentalmente en bits cuánticos, tamén coñecidos como qubits, que poden ser creados a partir dun só electrón.
O material cuántico compórtase segundo as regras da mecánica cuántica, facendo uso de nocións como cálculo probabilístico, superposición e enredo. Estas ideas serven de base para os algoritmos cuánticos, que usan as capacidades das computadoras cuánticas para abordar problemas complicados.
Neste artigo, falarei de todo o que necesitas saber sobre o enredo cuántico.
Que é o enredo cuántico?
O enredo cuántico prodúcese cando dous sistemas están tan estreitamente ligados que coñecer un dáche un coñecemento inmediato do outro, por moi afastados que estean.
Científicos como Einstein quedaron desconcertados por este fenómeno, que el denominou "unha acción espeluznante a distancia" xa que incumpriu a regra de que ningunha información pode enviarse máis rápido que a velocidade da luz. Con todo, experimentos adicionais empregando fotóns e electróns comprobaron o enredo.
O enredo é a pedra angular da computación cuántica. O enredo cuántico en física refírese a un vínculo moi forte entre partículas cuánticas. Esta conexión é tan forte que dúas ou máis partículas cuánticas poden estar conectadas inexorablemente mentres están separadas por enormes distancias.
Para comprender isto, considere unha comparación sinxela que non estea relacionada coa física nin coa informática. Considere o que pasaría se non se tirasen unha, senón dúas moedas. Normalmente, o feito de que unha moeda caia en cara ou cola ten pouca influencia no resultado do lanzamento da segunda moeda.
Non obstante, no caso do enredo, ambas as partes están conectadas ou enredadas, independentemente de que estean separadas fisicamente. Neste caso, se unha moeda cae sobre cabezas, a segunda moeda tamén mostrará cabezas, e viceversa.
Comprender o enredo cuántico (con exemplo)
O enredo cuántico é de feito unha situación na que dous sistemas (normalmente electróns ou fotóns) están tan estreitamente ligados que adquirir información sobre o "estado" dun sistema (a dirección do espín do electrón, digamos "arriba") proporcionaría un coñecemento instantáneo sobre o outro sistema. "estado" (a dirección do xiro do segundo electrón, digamos "Abaixo") independentemente da distancia entre estes sistemas.
As frases "instante" e "sen importar a que distancia estean" son significativas. Este fenómeno deixou perplexos a científicos como Einstein, xa que o estado non se define ata que se mide, e a transmisión de información desafía a regra da física clásica de que a información non se pode transportar máis rápido que a velocidade da luz.
Non obstante, comprobouse que o enredo utiliza tanto fotóns como electróns desde a década de 1980, grazas ás investigacións e probas que comezaron na década de 1980.
Pódense producir dúas partículas subatómicas (electróns) de modo que se poidan describir mediante unha única función de onda. O enredo pódese conseguir nun método permitindo que unha partícula nai con cero espíns se decaia en dúas partículas fillas entrelazadas con spins iguais pero opostos.
Se dúas partículas fillas non interactúan con nada, as súas funcións de onda permanecerán iguais e opostas sen importar a que distancia se midan. Os científicos determinaron mediante probas que o momento do enredo non tivo ningún impacto na información.
Pola contra, a información envíase á outra partícula a un ritmo máis rápido que a velocidade da luz só cando se mide a información dunha partícula.
Como resultado, a información flúe a este ritmo. Pero non temos control sobre iso: esta falta de control restrinxe os usos do Entanglement Cuántico, como enviar unha mensaxe ou outra información máis rápido que a velocidade da luz.
Que papel xoga o enredo na computación cuántica?
Cambiar o estado dun qubit entrelazado cambia instantáneamente o estado do qubit emparellado nos ordenadores cuánticos. Como resultado, o enredo acelera a velocidade de procesamento das computadoras cuánticas.
Dado que procesar un qubit revela información sobre numerosos qubits, duplicar o número de qubits non aumenta necesariamente o número de procesos (é dicir, os qubits entrelazados).
O enredo cuántico, segundo os estudos, é necesario para que un algoritmo cuántico proporcione unha aceleración exponencial sobre os cálculos clásicos.
Aplicacións de entanglement en computación cuántica
Varias aplicacións poden beneficiarse desta característica física única, que alterará o noso presente e futuro. O cifrado cuántico, a codificación superdensa, quizais a transmisión máis rápida que a luz e mesmo a teletransportación poden estar todos habilitados por enredo.
As computadoras cuánticas teñen o potencial de afrontar os desafíos que consumen moito tempo e procesamento de enerxía nunha variedade de industrias, incluídas as financeiras e a banca.
O enredo cuántico é un fenómeno que pode axudar a estes ordenadores ao reducir o tempo e a potencia de procesamento necesarios para manexar o fluxo de datos entre os seus qubits.
1. Criptografía cuántica
Na criptografía clásica, o remitente codifica a mensaxe cunha clave, mentres que o destinatario a descodifica coa clave compartida. Non obstante, existe o perigo de que un terceiro obteña coñecemento das claves e poida interceptar e socavar a criptografía.
Crear unha canle segura entre as dúas partes é a pedra angular da criptografía irrompible. O enredo pode causar isto. Como os dous sistemas están enredados, están correlacionados entre si (cando un cambia, o outro tamén), e ningún terceiro compartirá esta correlación.
A criptografía cuántica tamén se beneficia da non clonación, o que significa que é imposible xerar unha réplica idéntica dun estado cuántico descoñecido. Como resultado, é imposible replicar datos codificados nun estado cuántico.
Cunha distribución de claves cuánticas impenetrable, a criptografía cuántica xa se realizou (QKD). QKD usa fotóns polarizados aleatoriamente para comunicar información sobre a clave. O destinatario descifra a clave mediante filtros polarizadores e a técnica utilizada para cifrar a mensaxe.
Os datos secretos aínda se transfiren a través de liñas de comunicación estándar, pero só a clave cuántica exacta pode decodificar a mensaxe. Dado que a "ler" dos fotóns polarizados cambia o seu estado, calquera escoita alerta aos comunicadores da intrusión.
A tecnoloxía QKD está actualmente restrinxida polo cable de fibra óptica, que pode entregar un fotón durante uns 100 km antes de quedar demasiado débil para recibir. En 2004, a primeira transferencia bancaria QKD enredada produciuse en Austria.
Asegurarse de que a transmisión de comunicacións irrompibles e a proba de manipulacións que sexan probadamente seguras baseadas en principios físicos teña aplicacións evidentes en sectores financeiros, bancarios, militares, médicos e outros. Varias empresas están a usar agora QKD enredado.
2. Teletransportación cuántica
A teletransportación cuántica tamén é o método de transmisión de información cuántica entre dúas partes, como fotóns, átomos, electróns e circuítos supercondutores. Segundo a investigación, a teletransportación permite que os controles de calidade funcionen en paralelo mentres usan menos electricidade, reducindo o consumo de enerxía entre 100 e 1000 veces.
A distinción entre a teletransportación cuántica e a criptografía cuántica é a seguinte:
- Intercambios de teletransportación cuántica A través dunha canle clásica, envíase información "cuántica".
- Intercambios de criptografía cuántica A través dunha canle cuántica envíase información "clásica".
As necesidades de enerxía dos ordenadores cuánticos xeran calor, o que supón un reto dado que deben funcionar a temperaturas tan baixas. A teletransportación ten o potencial de levar a solucións de deseño que acelerarán o desenvolvemento da computación cuántica.
3. Sistema Biolóxico
O corpo humano, como todas as criaturas, está cambiando continuamente debido á interacción de millóns de procesos químicos e biolóxicos. Ata hai pouco, supoñíase que eran lineais, con "A" que levaba a "B". Non obstante, a bioloxía cuántica e a biofísica descubriron unha enorme cantidade de coherencia dentro dos sistemas biolóxicos, coa QE xogando un papel.
O xeito das diversas subunidades de estruturas proteicas están embalados xuntos está desenvolvido para permitir un enredo e coherencia cuántica sostida. A Bioloxía Cuántica aínda é un tema teórico con varias preocupacións sen resposta; cando se aborden, as aplicacións en medicina serán cada vez máis visibles.
A computación cuántica, en teoría, pode parecerse mellor á natureza (mediante a simulación de enlaces atómicos) e aos sistemas biolóxicos cuánticos que ás computadoras clásicas.
4. Codificación superdensa
A codificación superdensa é o método de transmitir dous bits de información convencionais utilizando un único qubit entrelazado. O código superdenso pode:
- Permite ao usuario enviar a metade do necesario para reconstruír unha mensaxe clásica con antelación, permitindo ao usuario comunicarse ao dobre de velocidade ata que se esgoten os qubits previamente entregados.
- A capacidade dunha canle cuántica bidireccional nunha dirección duplícase.
- Converte o ancho de banda de alta latencia en ancho de banda de baixa latencia transmitindo a metade dos datos pola canle de alta latencia para admitir os datos que entran pola canle de baixa latencia.
Cada xeración de comunicación pediu máis transferencia de datos. Será posible unha ganancia comparable en información coa codificación superdensa.
Conclusión
O enredo cuántico pode permitirnos traballar con datos de formas antes inimaxinables. Ao integrar a computación cuántica coa enredo, poderemos responder a problemas que demandan unha gran cantidade de datos dunha forma máis eficiente e segura.
Coa adición de aplicacións biolóxicas e astronómicas, o QE podería usarse para responder aos problemas que os humanos reflexionaron durante moito tempo: de onde vimos e como comezou todo?
Canto máis avance a tecnoloxía, máis aplicacións atoparemos para ela; é unha promesa tremenda!
Deixe unha resposta