સામગ્રીનું કોષ્ટક[છુપાવો][બતાવો]
ક્વોન્ટમ કમ્પ્યુટિંગ ક્વોન્ટમ મિકેનિક્સ સિદ્ધાંતોનો ઉપયોગ કરીને ડેટાની પ્રક્રિયા કરે છે. પરિણામે, ક્વોન્ટમ કમ્પ્યુટિંગને ક્લાસિકલ કમ્પ્યુટિંગ કરતાં અલગ અભિગમની જરૂર છે. ક્વોન્ટમ કમ્પ્યુટર્સમાં વપરાતું પ્રોસેસર આ તફાવતનું એક ઉદાહરણ છે.
જ્યારે પરંપરાગત કમ્પ્યુટર્સ સિલિકોન-આધારિત પ્રોસેસર્સનો ઉપયોગ કરે છે, ક્વોન્ટમ કમ્પ્યુટર્સ અણુઓ, આયનો, ફોટોન અથવા ઇલેક્ટ્રોન જેવી ક્વોન્ટમ સિસ્ટમ્સનો ઉપયોગ કરે છે. તેઓ 1 અને 0 ના વિવિધ ક્વોન્ટમ સુપરપોઝિશનમાં બનાવવામાં આવી શકે તેવા બિટ્સનું પ્રતિનિધિત્વ કરવા માટે ક્વોન્ટમ સુવિધાઓનો ઉપયોગ કરે છે.
તો, આ સંદર્ભમાં "ક્વોન્ટમ" શબ્દનો અર્થ શું છે? શું તે નોંધપાત્ર છલાંગ છે?
ક્વોન્ટમ શબ્દ લેટિન શબ્દ ક્વોન્ટમ પરથી આવ્યો છે, જેનો અર્થ થાય છે "જથ્થા." તે ભૌતિકશાસ્ત્રમાં 'તે રજૂ કરે છે તે રેડિયેશનની આવર્તનની તીવ્રતામાં પ્રમાણસર ઊર્જાનો એક અલગ જથ્થો' છે. ડિસ્ક્રીટ એ એવી વસ્તુનો ઉલ્લેખ કરે છે જે ન તો સતત છે કે ન તો અલગ. ક્વોન્ટમ આ અર્થમાં અનન્ય અથવા નોંધપાત્ર રકમનો ઉલ્લેખ કરે છે.
ક્વોન્ટમ કમ્પ્યુટિંગ શું છે?
ક્વોન્ટમ કમ્પ્યુટિંગ ગણતરીઓ માટે અલ્ગોરિધમ્સ બનાવવા માટે બીજગણિત પદ્ધતિઓનો ઉપયોગ કરે છે, જે ઘણીવાર ક્વોન્ટમ ભૌતિકશાસ્ત્રમાં ઉપયોગમાં લેવાતા સમાન અથવા સમાન હોય છે. ક્વોન્ટમ મિકેનિક્સ, બદલામાં, મૂળભૂત ભૌતિકશાસ્ત્ર સિદ્ધાંતનો સંદર્ભ આપે છે જે અણુઓ અને સબએટોમિક કણોના કદ પર પ્રકૃતિના ભૌતિક ગુણોના સમજૂતીમાં ડાઇવ કરે છે.
A ક્વોન્ટમ કમ્પ્યુટર આમ એક અનુમાનિત કોમ્પ્યુટર છે જે આવા અલ્ગોરિધમનો અમલ કરવા સક્ષમ છે. પરિણામે, ક્વોન્ટમ કોમ્પ્યુટર્સ મૂળભૂત રીતે ક્વોન્ટમ બિટ્સ પર આધારિત છે, જેને ક્યુબિટ્સ તરીકે પણ ઓળખવામાં આવે છે, જે એક ઇલેક્ટ્રોનમાંથી બનાવવામાં આવી શકે છે.
ક્વોન્ટમ સામગ્રી ક્વોન્ટમ મિકેનિક્સ નિયમો અનુસાર વર્તે છે, સંભવિત ગણતરી, સુપરપોઝિશન અને ગૂંચવણ. આ વિચારો ક્વોન્ટમ એલ્ગોરિધમ્સના પાયા તરીકે કામ કરે છે, જે જટિલ સમસ્યાઓનો સામનો કરવા માટે ક્વોન્ટમ કમ્પ્યુટર્સની ક્ષમતાઓનો ઉપયોગ કરે છે.
આ લેખમાં, હું તમને ક્વોન્ટમ એન્ટેંગલમેન્ટ વિશે જાણવાની જરૂર છે તેની ચર્ચા કરીશ.
ક્વોન્ટમ એન્ટેંગલમેન્ટ શું છે?
ક્વોન્ટમ એન્ટેંગલમેન્ટ ત્યારે થાય છે જ્યારે બે સિસ્ટમો એટલી નજીકથી જોડાયેલા હોય છે કે એક વિશે જાણવાથી તમને બીજા વિશે તરત જ જ્ઞાન મળે છે, પછી ભલે તે ગમે તેટલા દૂર હોય.
આઈન્સ્ટાઈન જેવા વૈજ્ઞાનિકો આ ઘટનાથી આશ્ચર્યચકિત થઈ ગયા હતા, જેને તેમણે "અંતરે એક ડરામણી ક્રિયા" તરીકે ઓળખાવી હતી કારણ કે તેણે નિયમ તોડ્યો હતો કે પ્રકાશની ઝડપ કરતાં વધુ ઝડપથી કોઈ માહિતી મોકલી શકાતી નથી. ફોટોન અને ઈલેક્ટ્રોનનો ઉપયોગ કરીને વધારાના પ્રયોગો, જો કે, ચકાસાયેલ એન્ગલમેન્ટ.
એન્ટેંગલમેન્ટ એ ક્વોન્ટમ કમ્પ્યુટિંગનો પાયાનો પથ્થર છે. ભૌતિકશાસ્ત્રમાં ક્વોન્ટમ એન્ટેંગલમેન્ટ એ ક્વોન્ટમ કણો વચ્ચેની અત્યંત મજબૂત કડીનો સંદર્ભ આપે છે. આ જોડાણ એટલું મજબૂત છે કે બે કે તેથી વધુ ક્વોન્ટમ કણો પ્રચંડ અંતર દ્વારા વિભાજિત થતાં અયોગ્ય રીતે જોડાઈ શકે છે.
આને વધુ સમજવા માટે, એક સરળ સરખામણીનો વિચાર કરો જે ભૌતિકશાસ્ત્ર અથવા કમ્પ્યુટિંગ સાથે સંબંધિત નથી. જો એક નહીં, પરંતુ બે સિક્કા ફેંકવામાં આવે તો શું થશે તે ધ્યાનમાં લો. સામાન્ય રીતે, એક સિક્કો માથા અથવા પૂંછડી પર ઉતરે છે કે કેમ તે બીજા સિક્કાના ટૉસના પરિણામ પર થોડી અસર કરે છે.
જો કે, ગૂંચવણના કિસ્સામાં, બંને ભાગો જોડાયેલા છે અથવા ફસાઇ ગયા છે, પછી ભલે તે ભૌતિક રીતે અલગ હોય. આ કિસ્સામાં, જો એક સિક્કો માથા પર ઉતરે છે, તો બીજો સિક્કો એ જ રીતે હેડ દર્શાવશે, અને ઊલટું.
ક્વોન્ટમ એન્ગલમેન્ટને સમજવું (ઉદાહરણ સાથે)
ક્વોન્ટમ એન્ટેન્ગલમેન્ટ એ ખરેખર એવી પરિસ્થિતિ છે કે જેમાં બે સિસ્ટમ્સ (સામાન્ય રીતે ઇલેક્ટ્રોન અથવા ફોટોન) એટલી નજીકથી જોડાયેલા હોય છે કે એક સિસ્ટમની "સ્ટેટ" (ઇલેક્ટ્રોનના સ્પિનની દિશા, "ઉપર" કહો) વિશે માહિતી પ્રાપ્ત કરવાથી બીજી સિસ્ટમ વિશે તાત્કાલિક જ્ઞાન પ્રાપ્ત થાય છે. "સ્થિતિ" (બીજા ઇલેક્ટ્રોનના સ્પિનની દિશા, "ડાઉન" કહો) આ સિસ્ટમો કેટલા દૂર અસ્તિત્વમાં છે તે ધ્યાનમાં લીધા વગર.
શબ્દસમૂહો "ત્વરિત" અને "તેઓ ભલે ગમે તેટલા દૂર હોય" નોંધપાત્ર છે. આ ઘટનાએ આઈન્સ્ટાઈન જેવા વૈજ્ઞાનિકોને મૂંઝવણમાં મૂક્યા છે, કારણ કે જ્યાં સુધી તે માપવામાં ન આવે ત્યાં સુધી સ્થિતિને વ્યાખ્યાયિત કરવામાં આવતી નથી, અને માહિતી પ્રસારણ એ ક્લાસિકલ ભૌતિકશાસ્ત્રના નિયમને નકારી કાઢે છે કે માહિતી પ્રકાશની ઝડપ કરતાં વધુ ઝડપથી વહન કરી શકાતી નથી.
જો કે, 1980 ના દાયકાથી શરૂ થયેલા સંશોધન અને પરીક્ષણને આભારી, 1980 ના દાયકાથી ફસાઇને ફોટોન અને ઇલેક્ટ્રોન બંનેનો ઉપયોગ કરવાનું સાબિત થયું છે.
બે સબએટોમિક કણો (ઇલેક્ટ્રોન) ઉત્પન્ન કરી શકાય છે જેથી તેઓ એક તરંગ કાર્ય દ્વારા વર્ણવી શકાય. શૂન્ય સ્પિન સાથેના પિતૃ કણને સમાન પરંતુ વિરુદ્ધ સ્પિન સાથેના બે ફસાઈ ગયેલા પુત્રી કણોમાં ક્ષીણ થવાની મંજૂરી આપીને એક પદ્ધતિમાં ફસાવી શકાય છે.
જો બે પુત્રી કણો કોઈ પણ વસ્તુ સાથે ક્રિયાપ્રતિક્રિયા કરતા નથી, તો તેમના તરંગ કાર્યો સમાન રહેશે અને તેઓ ગમે તેટલા અંતરથી માપવામાં આવે તો પણ વિરોધ કરશે. વૈજ્ઞાનિકોએ પરીક્ષણ દ્વારા નક્કી કર્યું કે ફસાવાના સમયની માહિતી પર કોઈ અસર થતી નથી.
તેના બદલે, જ્યારે એક કણની માહિતી માપવામાં આવે ત્યારે જ પ્રકાશની ગતિ કરતાં વધુ ઝડપે માહિતી અન્ય કણને મોકલવામાં આવે છે.
પરિણામે, માહિતી આ ગતિએ વહે છે. પરંતુ અમારું તેના પર કોઈ નિયંત્રણ નથી - નિયંત્રણનો આ અભાવ ક્વોન્ટમ એન્ટેંગલમેન્ટના ઉપયોગને પ્રતિબંધિત કરે છે, જેમ કે સંદેશ અથવા અન્ય માહિતીને પ્રકાશની ઝડપ કરતાં વધુ ઝડપથી મોકલવી.
ક્વોન્ટમ કમ્પ્યુટીંગમાં એન્ટેંગલમેન્ટ કઈ ભૂમિકા ભજવે છે?
ફસાઇ ગયેલા ક્વિબિટની સ્થિતિને બદલવાથી ક્વોન્ટમ કમ્પ્યુટર્સમાં જોડી બનાવેલા ક્વિબિટની સ્થિતિ તરત જ બદલાઈ જાય છે. પરિણામે, ગૂંચવણ ક્વોન્ટમ કમ્પ્યુટર્સની પ્રક્રિયાની ગતિને વેગ આપે છે.
કારણ કે એક ક્યુબિટ પર પ્રક્રિયા કરવાથી અસંખ્ય ક્યુબિટ્સ વિશેની માહિતી બહાર આવે છે, ક્વિટ્સની સંખ્યા બમણી કરવાથી પ્રક્રિયાઓની સંખ્યામાં વધારો થતો નથી (એટલે કે, ફસાયેલા ક્વિટ્સ).
અભ્યાસો અનુસાર, ક્વોન્ટમ એલ્ગોરિધમ માટે ક્લાસિકલ ગણતરીઓ પર ઘાતાંકીય ઝડપ પહોંચાડવા માટે ક્વોન્ટમ એન્ટેંગલમેન્ટ જરૂરી છે.
ક્વોન્ટમ કમ્પ્યુટિંગમાં ફસાવી એપ્લિકેશન
ઘણી એપ્લિકેશનો આ એક પ્રકારની શારીરિક લાક્ષણિકતાથી લાભ મેળવી શકે છે, જે આપણા વર્તમાન અને ભવિષ્યને બદલી નાખશે. ક્વોન્ટમ એન્ક્રિપ્શન, સુપરડેન્સ કોડિંગ, કદાચ પ્રકાશ કરતાં વધુ ઝડપી ટ્રાન્સમિશન, અને ટેલિપોર્ટેશન પણ બધા ફસાઇને સક્ષમ થઈ શકે છે.
ક્વોન્ટમ કમ્પ્યુટર્સમાં ફાઇનાન્સ અને બેન્કિંગ સહિત વિવિધ ઉદ્યોગોમાં સમય અને પ્રોસેસિંગ પાવર-સઘન પડકારોનો સામનો કરવાની ક્ષમતા છે.
ક્વોન્ટમ એન્ટેન્ગલમેન્ટ એ એક એવી ઘટના છે જે આવા કોમ્પ્યુટરને તેમના ક્વોબિટ્સ વચ્ચે ડેટા ફ્લોને હેન્ડલ કરવા માટે જરૂરી સમય અને પ્રોસેસિંગ પાવરને ઘટાડીને મદદ કરી શકે છે.
1. ક્વોન્ટમ ક્રિપ્ટોગ્રાફી
ક્લાસિકલ ક્રિપ્ટોગ્રાફીમાં, પ્રેષક સંદેશને એક કી વડે એન્કોડ કરે છે, જ્યારે પ્રાપ્તકર્તા તેને શેર કરેલી કી વડે ડીકોડ કરે છે. જો કે, ત્યાં એક ભય છે કે તૃતીય પક્ષ ચાવીઓ વિશે જ્ઞાન મેળવશે અને સંકેતલિપીને અટકાવી શકશે અને તેને નબળી પાડી શકશે.
બે પક્ષો વચ્ચે સલામત ચેનલ બનાવવી એ અતૂટ સંકેતલિપીનો પાયાનો પથ્થર છે. ગૂંચવણ આનું કારણ બની શકે છે. જેમ કે બે પ્રણાલીઓ ફસાઈ ગઈ છે, તેઓ એકબીજા સાથે સહસંબંધિત છે (જ્યારે એક બદલાય છે, ત્યારે બીજી પણ થાય છે), અને કોઈ ત્રીજો પક્ષ આ સહસંબંધ શેર કરશે નહીં.
ક્વોન્ટમ ક્રિપ્ટોગ્રાફી નો-ક્લોનિંગથી પણ લાભ મેળવે છે, જેનો અર્થ છે કે અજાણી ક્વોન્ટમ સ્થિતિની સમાન પ્રતિકૃતિ બનાવવી અશક્ય છે. પરિણામે, ક્વોન્ટમ સ્થિતિમાં એન્કોડ કરેલા ડેટાની નકલ કરવી અશક્ય છે.
અભેદ્ય ક્વોન્ટમ કી ડિસ્ટ્રિબ્યુશન સાથે, ક્વોન્ટમ ક્રિપ્ટોગ્રાફી પહેલેથી જ સાકાર થઈ ગઈ છે (QKD). કી વિશેની માહિતીનો સંચાર કરવા માટે QKD રેન્ડમલી પોલરાઇઝ્ડ ફોટોનનો ઉપયોગ કરે છે. પ્રાપ્તકર્તા પોલરાઇઝિંગ ફિલ્ટર્સ અને સંદેશને એન્ક્રિપ્ટ કરવા માટે વપરાતી ટેકનિકનો ઉપયોગ કરીને કીને ડિસિફર કરે છે.
ગુપ્ત માહિતી હજુ પણ પ્રમાણભૂત સંચાર રેખાઓ દ્વારા સ્થાનાંતરિત થાય છે, પરંતુ માત્ર ચોક્કસ ક્વોન્ટમ કી જ સંદેશને ડીકોડ કરી શકે છે. કારણ કે "વાંચન" ધ્રુવીકરણ કરેલ ફોટોન તેમની સ્થિતિઓને બદલે છે, કોઈપણ છૂપો છૂપો સંદેશાવ્યવહારકર્તાઓને ઘૂસણખોરી માટે ચેતવણી આપે છે.
QKD ટેક્નોલોજી હાલમાં ફાઈબર ઓપ્ટિક કેબલ દ્વારા મર્યાદિત છે, જે મેળવવા માટે ખૂબ જ બેહોશ થઈ જાય તે પહેલાં લગભગ 100km સુધી ફોટોન પહોંચાડી શકે છે. 2004 માં, પ્રથમ ફસાયેલી QKD બેંક ટ્રાન્સફર ઑસ્ટ્રિયામાં થઈ.
ભૌતિક સિદ્ધાંતોના આધારે અતૂટ અને ટેમ્પર-પ્રૂફ કોમ્યુનિકેશન્સનું ટ્રાન્સમિશન ફાઇનાન્સ, બેંકિંગ, સૈન્ય, તબીબી અને અન્ય ક્ષેત્રોમાં સ્પષ્ટપણે લાગુ પડે છે તેની ખાતરી કરવી. કેટલાક વ્યવસાયો હવે ફસાયેલા QKD નો ઉપયોગ કરી રહ્યા છે.
2. ક્વોન્ટમ ટેલિપોર્ટેશન
ક્વોન્ટમ ટેલિપોર્ટેશન એ ફોટોન, અણુઓ, ઇલેક્ટ્રોન અને સુપરકન્ડક્ટિંગ સર્કિટ જેવી બે પક્ષો વચ્ચે ક્વોન્ટમ માહિતી પ્રસારિત કરવાની પદ્ધતિ પણ છે. સંશોધન મુજબ, ટેલિપોર્ટેશન QC ને સમાંતર ચાલવા દે છે જ્યારે ઓછી વીજળીનો ઉપયોગ કરવાથી પાવર વપરાશમાં 100 થી 1000 ગણો ઘટાડો થાય છે.
ક્વોન્ટમ ટેલિપોર્ટેશન અને ક્વોન્ટમ ક્રિપ્ટોગ્રાફી વચ્ચેનો તફાવત નીચે મુજબ છે:
- ક્લાસિકલ ચેનલ પર ક્વોન્ટમ ટેલિપોર્ટેશનનું વિનિમય, "ક્વોન્ટમ" માહિતી મોકલવામાં આવે છે.
- ક્વોન્ટમ ક્રિપ્ટોગ્રાફીનું વિનિમય ક્વોન્ટમ ચેનલ પર, "શાસ્ત્રીય" માહિતી મોકલવામાં આવે છે.
ક્વોન્ટમ કમ્પ્યુટર્સની શક્તિની જરૂરિયાતો ગરમી ઉત્પન્ન કરે છે, જે એક પડકાર છે કારણ કે તેઓએ આવા નીચા તાપમાને કામ કરવું જોઈએ. ટેલિપોર્ટેશનમાં ડિઝાઇન સોલ્યુશન્સ તરફ દોરી જવાની ક્ષમતા છે જે ક્વોન્ટમ કમ્પ્યુટિંગના વિકાસને વેગ આપશે.
3. જૈવિક પ્રણાલી
લાખો રાસાયણિક અને જૈવિક પ્રક્રિયાઓની ક્રિયાપ્રતિક્રિયાને કારણે માનવ શરીર, તમામ જીવોની જેમ, સતત બદલાતું રહે છે. તાજેતરમાં સુધી, તેઓ રેખીય હોવાનું માનવામાં આવતું હતું, જેમાં “A” થી “B” તરફ દોરી જાય છે. જો કે, ક્વોન્ટમ બાયોલોજી અને બાયોફિઝિક્સે જૈવિક પ્રણાલીઓની અંદર એક વિશાળ માત્રામાં સુસંગતતા શોધી કાઢી છે, જેમાં QE ભૂમિકા ભજવે છે.
જે રીતે વિવિધ સબ્યુનિટ્સ પ્રોટીન રચનાઓ ટકાઉ ક્વોન્ટમ એન્ગલમેન્ટ અને સુસંગતતા માટે પરવાનગી આપવા માટે એકસાથે પેક કરવામાં આવે છે. ક્વોન્ટમ બાયોલોજી હજુ પણ વિવિધ અનુત્તરિત ચિંતાઓ સાથેનો સૈદ્ધાંતિક વિષય છે; જ્યારે તેઓને સંબોધવામાં આવશે, ત્યારે દવામાં એપ્લિકેશન વધુને વધુ દૃશ્યમાન થશે.
ક્વોન્ટમ કમ્પ્યુટિંગ, સિદ્ધાંતમાં, ક્લાસિકલ કોમ્પ્યુટર કરતાં પ્રકૃતિ (અણુ બંધનનું અનુકરણ કરીને) અને ક્વોન્ટમ જૈવિક પ્રણાલીઓ સાથે વધુ સારી રીતે સામ્યતા ધરાવી શકે છે.
4. સુપરડેન્સ કોડિંગ
સુપરડેન્સ કોડિંગ એ એક ફંટાયેલા ક્વિબિટનો ઉપયોગ કરીને માહિતીના બે પરંપરાગત બિટ્સને પ્રસારિત કરવાની પદ્ધતિ છે. કોડ કે જે સુપર-ડેન્સ છે તે આ કરી શકે છે:
- ક્લાસિકલ સંદેશને સમય પહેલા પુનઃનિર્માણ કરવા માટે જે જરૂરી છે તેમાંથી અડધો મોકલવા માટે વપરાશકર્તાને પરવાનગી આપે છે, જ્યાં સુધી પૂર્વ-વિતરિત ક્વિટ્સ સમાપ્ત ન થાય ત્યાં સુધી વપરાશકર્તાને બમણી ઝડપે વાતચીત કરવાની મંજૂરી આપે છે.
- એક દિશામાં બે-માર્ગી ક્વોન્ટમ ચેનલની ક્ષમતા બમણી થાય છે.
- લો-લેટન્સી ચેનલ પર આવતા ડેટાને સપોર્ટ કરવા માટે હાઇ-લેટન્સી ચેનલ પર અડધો ડેટા ટ્રાન્સમિટ કરીને હાઇ-લેટન્સી બેન્ડવિડ્થને લો-લેટન્સી બેન્ડવિડ્થમાં કન્વર્ટ કરો.
સંદેશાવ્યવહારની દરેક પેઢી વધુ ડેટા ટ્રાન્સફર માટે બોલાવે છે. સુપરડેન્સ કોડિંગ સાથે માહિતીમાં તુલનાત્મક લાભ શક્ય બનશે.
ઉપસંહાર
ક્વોન્ટમ ગૂંચવણ આપણને અગાઉ અકલ્પનીય રીતે ડેટા સાથે કામ કરવાની મંજૂરી આપી શકે છે. ક્વોન્ટમ કમ્પ્યુટિંગને ફસાવીને સંકલિત કરીને, અમે વધુ કાર્યક્ષમ અને સલામત રીતે મોટી સંખ્યામાં ડેટાની માંગ કરતા મુદ્દાઓનો જવાબ આપી શકીશું.
જૈવિક અને ખગોળશાસ્ત્રીય કાર્યક્રમોના ઉમેરા સાથે, QE નો ઉપયોગ એવા પ્રશ્નોના જવાબ આપવા માટે થઈ શકે છે કે જેના પર મનુષ્ય લાંબા સમયથી વિચારી રહ્યો છે: આપણે ક્યાંથી આવ્યા છીએ અને તે બધું કેવી રીતે શરૂ થયું?
જેટલી વધુ ટેક્નોલોજી આગળ વધશે, તેટલી વધુ એપ્લિકેશનો આપણે તેના માટે શોધીશું- તે જબરદસ્ત વચન ધરાવે છે!
એક જવાબ છોડો