ციფრული ტრანსფორმაცია ცვლის სამყაროს უფრო სწრაფად, ვიდრე ოდესმე. ციფრული ეპოქის ძირითადი ცნებების შესახებ სწავლა კიდევ უფრო კრიტიკული გახდება ტექნოლოგიის კიდევ ერთი ახალი ტალღის მოახლოებასთან ერთად, რომელსაც შეუძლია არსებული მოდელების ტრანსფორმირება გასაოცარი სისწრაფითა და სიმძლავრით: კვანტური გამოთვლები.
ამ სტატიაში ჩვენ შევადარებთ ტრადიციული გამოთვლისა და კვანტური გამოთვლის ძირითად ცნებებს და ასევე ვიწყებთ მათი გამოყენების შესწავლას სხვადასხვა სფეროში.
რა არის კვანტური თვისებები?
ისტორიის მანძილზე ადამიანებმა შეიმუშავეს ტექნოლოგია, რადგან მეცნიერების მეშვეობით გაიგეს ბუნების მოქმედება. 1900-იან და 1930-იან წლებში ზოგიერთი ფიზიკური ფენომენის შესწავლამ, რომლებიც ჯერ კიდევ კარგად არ იყო გაგებული, საფუძველი ჩაუყარა ახალ ფიზიკურ თეორიას: კვანტურ მექანიკას. ეს თეორია აღწერს და ხსნის მიკროსკოპული სამყაროს მუშაობას, მოლეკულების, ატომებისა და ელექტრონების ბუნებრივ ჰაბიტატს.
მან არა მხოლოდ შეძლო ამ ფენომენების ახსნა, არამედ შესაძლებელი გახადა იმის გაგება, რომ სუბატომური რეალობა მუშაობს სრულიად საწინააღმდეგო ინტუიციურად, თითქმის მაგიური გზით და რომ მოვლენები ხდება მიკროსკოპულ სამყაროში, რომლებიც არ ხდება მაკროსკოპული სამყარო.
ეს კვანტური თვისებები მოიცავს კვანტურ სუპერპოზიციას, კვანტურ ჩახლართულობას და კვანტურ ტელეპორტაციას.
- კვანტური სუპერპოზიცია აღწერს, თუ როგორ შეიძლება იყოს ნაწილაკი სხვადასხვა მდგომარეობაში ერთდროულად.
- კვანტური ჩახლართულობა აღწერს, თუ როგორ შეიძლება ორი ნაწილაკის მიყვანა „ჩახლართულ“ მდგომარეობამდე და ამის შემდეგ თითქმის ერთდროულად რეაგირებენ, მიუხედავად მათი ფიზიკური მანძილისა. სხვა სიტყვებით რომ ვთქვათ, ისინი შეიძლება განთავსდეს ერთმანეთისგან რამდენადაც სასურველია, და ერთთან ურთიერთობისას მეორე რეაგირებს იმავე ურთიერთქმედებაზე.
- კვანტური ტელეპორტაცია იყენებს კვანტურ ჩახლართულობას კოსმოსის ერთი ადგილიდან მეორეზე ინფორმაციის გასაგზავნად კოსმოსში მოგზაურობის საჭიროების გარეშე.
კვანტური გამოთვლა ეფუძნება სუბატომური ბუნების ამ კვანტურ თვისებებს.
ამ შემთხვევაში, კვანტური მექანიკის საშუალებით მიკროსკოპული სამყაროს დღევანდელი გაგება საშუალებას გვაძლევს გამოვიგონოთ და შევქმნათ ტექნოლოგიები, რომლებსაც შეუძლიათ გააუმჯობესონ ადამიანების ცხოვრება. არსებობს მრავალი განსხვავებული ტექნოლოგია, რომელიც იყენებს კვანტურ ფენომენებს და ზოგიერთი მათგანი, როგორიცაა ლაზერები ან მაგნიტურ-რეზონანსული გამოსახულება (MRI), უკვე ნახევარ საუკუნეზე მეტია არსებობს.
რა არის კვანტური გამოთვლა?
იმის გასაგებად, თუ როგორ მუშაობს კვანტური კომპიუტერები, პირველ რიგში, სასარგებლოა იმის ახსნა, თუ როგორ მუშაობს კომპიუტერები, რომლებსაც ჩვენ ყოველდღიურად ვიყენებთ, რომლებიც ამ სტატიაში მოხსენიებულია, როგორც ციფრული ან კლასიკური კომპიუტერები. ესენი, ისევე როგორც ყველა სხვა ელექტრონული მოწყობილობა, როგორიცაა ტაბლეტები ან მობილური ტელეფონები, იყენებენ ბიტებს, როგორც მეხსიერების ფუნდამენტურ ერთეულებს. ეს ნიშნავს, რომ პროგრამები და აპლიკაციები დაშიფრულია ბიტებში, ანუ ბინარულ ენაზე ნულები და ერთები.
ყოველ ჯერზე, როდესაც ჩვენ ვურთიერთობთ რომელიმე ამ მოწყობილობასთან, მაგალითად, კლავიატურაზე ღილაკის დაჭერით, კომპიუტერის შიგნით იქმნება, ნადგურდება და/ან იცვლება სტრიქონები ნულები და ერთი.
საინტერესო კითხვაა, რა არის ეს ნულები და ერთეულები ფიზიკურად კომპიუტერში? ბიტების ნულოვანი და ერთი მდგომარეობები შეესაბამება ელექტრულ დენს, რომელიც მიედინება თუ არა მიკროსკოპული ნაწილების მეშვეობით, რომელსაც ეწოდება ტრანზისტორები, რომლებიც მოქმედებენ როგორც გადამრთველები. როდესაც დენი არ მიედინება, ტრანზისტორი არის "გამორთული" და შეესაბამება ბიტს 0, ხოლო როდესაც მიედინება, ის "ჩართულია" და შეესაბამება ბიტს 1-ს.
უფრო გამარტივებული სახით, თითქოს ბიტები 0 და 1 შეესაბამება ხვრელებს, ასე რომ, ცარიელი ხვრელი არის ცოტა 0 და ელექტრონის მიერ დაკავებული ხვრელი არის ცოტა 1. ახლა, როდესაც ჩვენ გვაქვს წარმოდგენა იმაზე, თუ როგორ მუშაობს დღევანდელი კომპიუტერები. , შევეცადოთ გავიგოთ როგორ მუშაობს კვანტური კომპიუტერები.
ბიტიდან კუბიტებამდე
ინფორმაციის ფუნდამენტური ერთეული კვანტურ გამოთვლებში არის კვანტური ბიტი ან კუბიტი. კუბიტები, განსაზღვრებით, არის ორდონიანი კვანტური სისტემები, რომლებიც, ბიტების მსგავსად, შეიძლება იყოს დაბალ დონეზე, რაც შეესაბამება დაბალი აგზნების მდგომარეობას ან ენერგიას, რომელიც განისაზღვრება როგორც 0; ან მაღალ დონეზე, რომელიც შეესაბამება უფრო მაღალი აგზნების მდგომარეობას ან განისაზღვრება როგორც 1.
თუმცა, და აქ მდგომარეობს ფუნდამენტური განსხვავება კლასიკურ გამოთვლებთან, კუბიტები ასევე შეიძლება იყოს ნებისმიერ უსასრულო რაოდენობის შუალედურ მდგომარეობებში 0-დან 1-მდე, მაგალითად, მდგომარეობა, რომელიც არის 0-ის ნახევარი და ნახევარი 1-ის, ან 0-ისა და ერთი მეოთხედის სამი მეოთხედი. 1. ეს ფენომენი ცნობილია როგორც კვანტური სუპერპოზიცია და ბუნებრივია კვანტურ სისტემებში.
კვანტური ალგორითმები: ექსპონენტურად უფრო ძლიერი და ეფექტური გამოთვლები
კვანტური კომპიუტერების მიზანია ისარგებლოს კვანტური კვანტური თვისებებით, როგორც კვანტური სისტემები, რათა შეძლონ კვანტური ალგორითმების გაშვება, რომლებიც იყენებენ სუპერპოზიციას და ჩახლართულობას, რათა შესთავაზონ ბევრად უფრო დიდი დამუშავების ძალა, ვიდრე კლასიკური.
მნიშვნელოვანია აღვნიშნოთ, რომ რეალური პარადიგმის ცვლა არ არის იგივეს კეთება, რასაც აკეთებენ ციფრული ან კლასიკური კომპიუტერები - ახლანდელი, არამედ უფრო სწრაფად, როგორც ბევრი სტატია შეცდომით ამტკიცებს, არამედ ის, რომ კვანტური ალგორითმები იძლევა გარკვეული ოპერაციების განხორციელების საშუალებას. შესრულებულია სულ სხვაგვარად; ეს ხშირად უფრო ეფექტურია - ანუ გაცილებით ნაკლებ დროში ან გაცილებით ნაკლები გამოთვლითი რესურსების გამოყენებით -.
მოდით შევხედოთ კონკრეტულ მაგალითს, თუ რას გულისხმობს ეს. წარმოვიდგინოთ, რომ ჩვენ ვართ სან-ფრანცისკოში და გვსურს ვიცოდეთ, რომელია საუკეთესო მარშრუტი ნიუ-იორკამდე იქ მისასვლელად მილიონი ვარიანტიდან (N=1,000,000). იმისათვის, რომ შევძლოთ კომპიუტერების გამოყენება ოპტიმალური მარშრუტის მოსაძებნად, ჩვენ უნდა გავაციფროთ 1,000,000 ვარიანტი, რაც გულისხმობს მათ თარგმნას ბიტ ენაზე კლასიკური კომპიუტერისთვის და კუბიტებში კვანტური კომპიუტერისთვის.
მიუხედავად იმისა, რომ კლასიკურ კომპიუტერს უნდა გაიაროს ყველა გზა სათითაოდ, სანამ არ იპოვის სასურველს, კვანტური კომპიუტერი იყენებს კვანტურ პარალელიზმად ცნობილ პროცესს, რომელიც საშუალებას აძლევს მას, არსებითად, განიხილოს ყველა გზა ერთდროულად. ეს ნიშნავს, რომ კვანტური კომპიუტერი იპოვის ოპტიმალურ მარშრუტს ბევრად უფრო სწრაფად, ვიდრე კლასიკური კომპიუტერი, გამოყენებული რესურსების ოპტიმიზაციის გამო.
გამოთვლითი სიმძლავრის განსხვავებების გასაგებად, n კუბიტით შეგვიძლია გავაკეთოთ ექვივალენტი, რაც შესაძლებელი იქნება 2-ით.n ბიტები. ხშირად ამბობენ, რომ დაახლოებით 270 კუბიტები შეიძლება გქონდეთ მეტი საბაზისო მდგომარეობა კვანტურ კომპიუტერში - უფრო განსხვავებული და ერთდროული სიმბოლოების სიმები - ვიდრე სამყაროს ატომების რაოდენობა, რომელიც დაახლოებით 2-ს შეადგენს.80. კიდევ ერთი მაგალითი არის ის, რომ სავარაუდოა, რომ კვანტური კომპიუტერით 2000-დან 2500 კუბიტამდე, თქვენ შეძლებთ დაარღვიოთ პრაქტიკულად ყველა კრიპტოგრაფია, რომელიც დღეს გამოიყენება (ცნობილია როგორც საჯარო გასაღების კრიპტოგრაფია).
რაც შეეხება კრიპტოგრაფიას, გამოყენებას მრავალი უპირატესობა აქვს კვანტური კომპიუტერი. თუ ორი სისტემა წმინდად არის ჩახლართული, ეს ნიშნავს, რომ ისინი ერთმანეთთან არის დაკავშირებული (ანუ, როდესაც ერთი იცვლება, მეორეც იცვლება) და არცერთი მესამე მხარე არ იზიარებს ამ კორელაციას.
Takeaway
ჩვენ ვართ ციფრული ტრანსფორმაციის დროს, რომელშიც სხვადასხვა განვითარებადი ტექნოლოგიები, როგორიცაა ბლოკჩეინი, ხელოვნური ინტელექტი, დრონები, ნივთების ინტერნეტი, ვირტუალური რეალობა, 5G, 3D პრინტერები, რობოტები ან ავტონომიური მანქანა ისინი სულ უფრო მეტად არიან წარმოდგენილი მრავალ სფეროში და სექტორში.
ეს ტექნოლოგიები, რომლებიც მიზნად ისახავს გააუმჯობესოს ადამიანის ცხოვრების ხარისხი განვითარების დაჩქარებით და სოციალური ზემოქმედებით, ამჟამად პარალელურად ვითარდება. მხოლოდ იშვიათად ვხედავთ კომპანიებს, რომლებიც ავითარებენ პროდუქტებს, რომლებიც იყენებენ ამ ორი ან მეტი ტექნოლოგიის კომბინაციებს, როგორიცაა ბლოკჩეინი და IoT ან დრონები და ხელოვნური ინტელექტი.
მიუხედავად იმისა, რომ ისინი განზრახული არიან ერთმანეთთან დაახლოებამდე და ამგვარად წარმოქმნან ექსპონენციურად უფრო დიდი გავლენა, განვითარების ადრეული ეტაპი და დეველოპერების და ტექნიკური გამოცდილების მქონე ადამიანების სიმცირე ნიშნავს, რომ კონვერგენციები ჯერ კიდევ მომლოდინე ამოცანაა.
მათი დამღუპველი პოტენციალის გამო, მოსალოდნელია, რომ კვანტური ტექნოლოგიები არა მხოლოდ ყველა ამ ახალ ტექნოლოგიას ემთხვევა, არამედ ექნება ფართო გავლენა პრაქტიკულად ყველა მათგანზე. კვანტური კომპიუტერი საფრთხეს შეუქმნის მონაცემთა ავთენტიფიკაციას, გაცვლას და უსაფრთხო შენახვას, რაც უფრო დიდ გავლენას მოახდენს იმ ტექნოლოგიებზე, რომლებშიც კრიპტოგრაფია უფრო მნიშვნელოვან როლს ასრულებს, როგორიცაა კიბერუსაფრთხოება ან ბლოკჩეინი.
დატოვე პასუხი