デジタルトランスフォーメーションは、これまでになく急速に世界を変えています。 デジタル時代の重要な概念について学ぶことは、既存のモデルを驚異的なスピードとパワーで変換できる別の新しいテクノロジーの波、量子コンピューティングが間もなく登場することで、さらに重要になります。
この記事では、従来のコンピューティングと量子コンピューティングの基本的な概念を比較し、さまざまな分野でのそれらのアプリケーションの調査も開始します。
量子特性とは何ですか?
歴史を通して、人間は科学を通して自然の働きを理解するようになったので、技術を開発してきました。 1900年代から1930年代にかけて、まだ十分に理解されていないいくつかの物理現象の研究により、新しい物理理論である量子力学が生まれました。 この理論は、微視的な世界の働き、分子、原子、電子の自然の生息地を説明し、説明しています。
これらの現象を説明することができただけでなく、素粒子の現実は完全に直感に反する、ほとんど魔法のように機能し、微視的な世界では発生しないイベントが発生することを理解することも可能になりました。巨視的な世界。
これらの量子特性には、量子重ね合わせ、量子エンタングルメント、および量子テレポーテーションが含まれます。
- 量子重ね合わせ パーティクルが同時にさまざまな状態になる方法について説明します。
- 量子もつれ XNUMXつの粒子を「絡み合った」状態にし、その後、物理的な距離に関係なく、ほぼ同時に同じように応答する方法について説明します。 言い換えれば、それらは必要なだけ離して配置することができ、一方と相互作用するとき、もう一方は同じ相互作用に反応します。
- 量子テレポーテーション 量子もつれを使用して、宇宙を移動することなく、宇宙のある場所から別の場所に情報を送信します。
量子コンピューティングは、これらの素粒子の性質の量子特性に基づいています。
この場合、量子力学による微視的世界の今日の理解は、私たちが人々の生活を改善することができる技術を発明し、設計することを可能にします。 量子現象を利用するさまざまな技術があり、レーザーや磁気共鳴画像法(MRI)など、そのいくつかは半世紀以上前から存在しています。
量子コンピューティングとは何ですか?
量子コンピューターがどのように機能するかを理解するには、まず、この記事でデジタルまたはクラシックコンピューターと呼ばれる私たちが毎日使用するコンピューターがどのように機能するかを説明することが役立ちます。 これらは、タブレットや携帯電話などの他のすべての電子機器と同様に、メモリの基本単位としてビットを使用します。 これは、プログラムとアプリケーションがビット単位で、つまりXNUMXとXNUMXのバイナリ言語でエンコードされることを意味します。
たとえばキーボードのキーを押すなどして、これらのデバイスのいずれかと対話するたびに、XNUMXの文字列、およびXNUMXがコンピューター内で作成、破棄、および/または変更されます。
興味深い質問は、これらのゼロと物理的にコンピューター内にあるものは何ですか? ビットの0と1の状態は、スイッチとして機能するトランジスタと呼ばれる微細な部品を流れる電流、または流れない電流に対応します。 電流が流れていないときは、トランジスタは「オフ」でビットXNUMXに対応し、流れているときは「オン」でビットXNUMXに対応します。
より単純化した形式では、ビット0と1が正孔に対応しているように見えます。つまり、空の正孔はビット0であり、電子が占める正孔はビット1です。これで、今日のコンピューターがどのように機能するかがわかりました。 、量子コンピューターがどのように機能するかを理解してみましょう。
ビットからキュービットへ
量子コンピューティングにおける情報の基本単位は、量子ビットまたは量子ビットです。 量子ビットは、定義上、0レベルの量子システムであり、ビットと同様に、低レベルである可能性があります。これは、1として定義される低励起またはエネルギーの状態に対応します。 または高レベルで、これはより高い励起の状態に対応するか、XNUMXとして定義されます。
ただし、ここに古典的なコンピューティングとの根本的な違いがあります。キュービットは、0と1の半分、または0と1分の0の状態など、1とXNUMXの間の無限の数の中間状態のいずれかになります。この現象は量子重ね合わせとして知られており、量子システムでは自然です。
量子アルゴリズム:指数関数的により強力で効率的なコンピューティング
量子コンピューターの目的は、量子システムとしての量子ビットのこれらの量子特性を利用して、重ね合わせとエンタングルメントを使用する量子アルゴリズムを実行し、従来の処理能力よりもはるかに優れた処理能力を提供できるようにすることです。
本当のパラダイムシフトは、デジタルまたは古典的なコンピューター(現在のコンピューター)と同じことを行うことではなく、多くの記事が誤って主張しているように高速であるということを指摘することが重要です。まったく異なる方法で実行されます。 多くの場合、より効率的です。つまり、はるかに短い時間で、またははるかに少ない計算リソースを使用します。
これが意味する具体的な例を見てみましょう。 私たちがサンフランシスコにいて、そこにたどり着くための1,000,000万の選択肢のうち、どれがニューヨークへの最良のルートであるかを知りたいとしましょう(N = 1,000,000)。 コンピューターを使用して最適なルートを見つけるには、XNUMXのオプションをデジタル化する必要があります。これは、それらを従来のコンピューターではビット言語に、量子コンピューターではキュービットに変換することを意味します。
従来のコンピューターは、目的のパスが見つかるまですべてのパスをXNUMXつずつ通過する必要がありますが、量子コンピューターは、量子並列処理と呼ばれるプロセスを利用して、基本的にすべてのパスを一度に検討できるようにします。 これは、使用されるリソースの最適化により、量子コンピューターが従来のコンピューターよりもはるかに迅速に最適なルートを見つけることを意味します。
計算能力の違いを理解するために、nキュービットを使用すると、2で可能なことと同等のことができます。n ビット。 よく言われるのは約270 量子コンピューターでは、宇宙の原子数(約2と推定される)よりも多くの基本状態(より多くの異なる同時文字列)を持つことができるキュービット80。 もう2000つの例は、2500〜XNUMXキュービットの量子コンピューターを使用すると、現在使用されているすべての暗号化(公開鍵暗号化として知られている)を実質的に破ることができると推定されていることです。
暗号化に関する限り、使用することには多くの利点があります 量子コンピューティング. XNUMX つのシステムが純粋に絡み合っている場合、それはそれらが相互に相関しており (つまり、一方が変化すると他方も変化する)、この相関関係を共有する第三者がいないことを意味します。
取り除く
私たちは、ブロックチェーン、人工知能、ドローン、モノのインターネット、バーチャルリアリティ、5G、3Dプリンター、ロボット、 自律車両 複数の分野やセクターにますます存在しています。
開発を加速し、社会に影響を与えることで人間の生活の質を向上させるこれらの技術は、現在並行して進んでいます。 ブロックチェーンとIoT、ドローンなど、これらのテクノロジーのXNUMXつ以上の組み合わせを活用する製品を開発している企業を目にすることはめったにありません。 人工知能.
それらは収束する運命にあり、したがって指数関数的に大きな影響を生み出しますが、開発の初期段階と開発者や技術的背景を持つ人々の不足は、収束がまだ保留中のタスクであることを意味します。
それらの破壊的な可能性のために、量子技術はこれらすべての新しい技術と収束するだけでなく、事実上すべてのそれらに幅広い影響を与えることが期待されています。 量子コンピューティング データの認証、交換、安全な保管を脅かし、サイバーセキュリティやブロックチェーンなど、暗号化がより適切な役割を果たすテクノロジーに大きな影響を与えます。
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