სარჩევი[დამალვა][ჩვენება]
კვანტური გამოთვლა ამუშავებს მონაცემებს კვანტური მექანიკის პრინციპების გამოყენებით. შედეგად, კვანტური გამოთვლა მოითხოვს განსხვავებულ მიდგომას, ვიდრე კლასიკური გამოთვლა. კვანტურ კომპიუტერებში გამოყენებული პროცესორი ამ განსხვავების ერთ-ერთი მაგალითია.
მაშინ როდესაც ტრადიციული კომპიუტერები იყენებენ სილიკონზე დაფუძნებულ პროცესორებს, კვანტური კომპიუტერები იყენებენ კვანტურ სისტემებს, როგორიცაა ატომები, იონები, ფოტონები ან ელექტრონები. ისინი იყენებენ კვანტურ მახასიათებლებს ბიტების წარმოსაჩენად, რომლებიც შეიძლება შეიქმნას 1 და 0-ის სხვადასხვა კვანტურ სუპერპოზიციებში.
მაშ, რას ნიშნავს ტერმინი „კვანტური“ ამ კონტექსტში? მნიშვნელოვანი ნახტომია?
ტერმინი კვანტური მომდინარეობს ლათინური სიტყვიდან quantum, რაც ნიშნავს "რაოდენობას". ფიზიკაში ეს არის „ენერგიის დისკრეტული რაოდენობა, რომელიც პროპორციულია გამოსხივების სიხშირის სიდიდის პროპორციულად“. დისკრეტული ეხება რაღაცას, რომელიც არც უწყვეტია და არც განსხვავებული. Quantum ეხება უნიკალურ ან მნიშვნელოვან რაოდენობას ამ გაგებით.
რა არის კვანტური გამოთვლა?
კვანტური კომპიუტერი იყენებს ალგებრულ მეთოდებს გამოთვლებისთვის ალგორითმების ასაგებად, რომლებიც ხშირად იგივე ან მსგავსია კვანტურ ფიზიკაში გამოყენებულ ალგორითმებთან. კვანტური მექანიკა, თავის მხრივ, გულისხმობს საბაზისო ფიზიკის თეორიას, რომელიც იკვლევს ბუნების ფიზიკური თვისებების ახსნას ატომებისა და სუბატომური ნაწილაკების ზომით.
A კვანტური კომპიუტერი ამრიგად, არის ჰიპოთეტური კომპიუტერი, რომელსაც შეუძლია განახორციელოს ასეთი ალგორითმები. შედეგად, კვანტური კომპიუტერები ფუნდამენტურად ეფუძნება კვანტურ ბიტებს, რომლებიც ასევე ცნობილია როგორც კუბიტები, რომლებიც შეიძლება შეიქმნას ერთი ელექტრონიდან.
კვანტური მასალა იქცევა კვანტური მექანიკის წესების მიხედვით, იყენებს ცნებებს, როგორიცაა ალბათური გამოთვლა, სუპერპოზიცია და ჩახლართვა. ეს იდეები ემსახურება კვანტური ალგორითმების საფუძველს, რომლებიც იყენებენ კვანტური კომპიუტერების შესაძლებლობებს რთული პრობლემების გადასაჭრელად.
ამ სტატიაში მე განვიხილავ ყველაფერს, რაც უნდა იცოდეთ კვანტური ჩახლართულობის შესახებ.
რა არის კვანტური ჩახლართულობა?
კვანტური ჩახლართულობა ხდება მაშინ, როდესაც ორი სისტემა იმდენად მჭიდროდ არის დაკავშირებული, რომ ერთის შესახებ ცოდნა მოგცემთ დაუყოვნებლივ ცოდნას მეორის შესახებ, რაც არ უნდა შორს იყვნენ ისინი ერთმანეთისგან.
მეცნიერები, როგორიცაა აინშტაინი, დაბნეული იყვნენ ამ ფენომენით, რომელსაც მან უწოდა "საშინელი მოქმედება დისტანციაზე", რადგან ის არღვევდა წესს, რომ არ შეიძლება რაიმე ინფორმაციის გაგზავნა უფრო სწრაფად ვიდრე სინათლის სიჩქარე. თუმცა, დამატებითმა ექსპერიმენტებმა ფოტონებისა და ელექტრონების გამოყენებით დაადასტურა ჩახლართულობა.
ჩახლართულობა კვანტური გამოთვლის ქვაკუთხედია. კვანტური ჩახლართულობა ფიზიკაში ეხება კვანტურ ნაწილაკებს შორის უაღრესად ძლიერ კავშირს. ეს კავშირი იმდენად ძლიერია, რომ ორი ან მეტი კვანტური ნაწილაკი შეიძლება განუყოფლად იყოს დაკავშირებული, როდესაც ისინი დიდი მანძილით არიან დაშორებული.
ამის გასაგებად, განიხილეთ მარტივი შედარება, რომელიც არ არის დაკავშირებული ფიზიკასთან ან გამოთვლებთან. დაფიქრდით, რა მოხდებოდა არა ერთი, არამედ ორი მონეტა რომ გადაეყარათ. ჩვეულებრივ, ერთი მონეტა თავზე თუ კუდზე დაჯდება, ნაკლებად მოქმედებს მონეტის მეორე გადაყრის შედეგზე.
თუმცა ჩახლართულის შემთხვევაში ორივე ნაწილი ერთმანეთთან არის დაკავშირებული ან ჩახლართული, მიუხედავად იმისა, არის თუ არა ისინი ფიზიკურად განცალკევებული. ამ შემთხვევაში, თუ ერთი მონეტა დაეცემა თავებზე, მეორე მონეტა ასევე აჩვენებს თავებს და პირიქით.
კვანტური ჩახლართულობის გაგება (მაგალითით)
კვანტური ჩახლართულობა ნამდვილად არის სიტუაცია, რომელშიც ორი სისტემა (ჩვეულებრივ, ელექტრონები ან ფოტონები) იმდენად მჭიდროდ არის დაკავშირებული, რომ ინფორმაციის მოპოვება ერთი სისტემის „მდგომარეობის“ შესახებ (ელექტრონის სპინის მიმართულება, ვთქვათ „ზევით“) მისცემს მყისიერ ცოდნას მეორე სისტემის შესახებ. „მდგომარეობა“ (მეორე ელექტრონის სპინის მიმართულება, თქვით „ქვემოთ“) მიუხედავად იმისა, თუ რამდენად დაშორებულია ეს სისტემები.
ფრაზები "მყისიერი" და "მიუხედავად იმისა, თუ რამდენად შორს არიან ისინი ერთმანეთისგან" მნიშვნელოვანია. ამ ფენომენმა გააკვირვა აინშტაინის მსგავსი მეცნიერები, რადგან მდგომარეობა არ არის განსაზღვრული მანამ, სანამ არ გაიზომება, და ინფორმაციის გადაცემა ეწინააღმდეგება კლასიკურ ფიზიკის წესს, რომ ინფორმაციის გადატანა არ შეიძლება უფრო სწრაფად, ვიდრე სინათლის სიჩქარე.
თუმცა, დადასტურდა, რომ ჩახლართულობა იყენებს ფოტონებსაც და ელექტრონებსაც 1980-იანი წლებიდან, 1980-იან წლებში დაწყებული კვლევისა და ტესტირების წყალობით.
ორი სუბატომური ნაწილაკი (ელექტრონები) შეიძლება წარმოიქმნას ისე, რომ მათი აღწერა შესაძლებელია ერთი ტალღის ფუნქციით. ჩახლართულობა შეიძლება მიღწეული იყოს ერთი მეთოდით, თუ დაუშვით მშობელი ნაწილაკი ნულოვანი ტრიალებით დაიშლება ორ ჩახლართულ შვილობილ ნაწილად თანაბარი, მაგრამ საპირისპირო ტრიალების მქონე.
თუ ორი შვილობილი ნაწილაკი არ ურთიერთქმედებს არაფერთან, მათი ტალღური ფუნქციები დარჩება თანაბარი და საპირისპირო, მიუხედავად იმისა, თუ რამდენად შორს არიან ისინი გაზომილი. მეცნიერებმა ტესტირების გზით დაადგინეს, რომ ჩახლართული დრო არ იმოქმედა ინფორმაციაზე.
ამის ნაცვლად, ინფორმაცია იგზავნება მეორე ნაწილაკზე სინათლის სიჩქარეზე უფრო სწრაფი სიჩქარით მხოლოდ ერთი ნაწილაკების ინფორმაციის გაზომვისას.
შედეგად, ინფორმაცია ამ ტემპით მიედინება. მაგრამ ჩვენ არ გვაქვს მასზე კონტროლი - კონტროლის ეს ნაკლებობა ზღუდავს Quantum Entanglement-ის გამოყენებას, როგორიცაა შეტყობინების ან სხვა ინფორმაციის გაგზავნა უფრო სწრაფად ვიდრე სინათლის სიჩქარე.
რა როლს თამაშობს ჩახლართულობა კვანტურ გამოთვლებში?
ჩახლართული კუბიტის მდგომარეობის შეცვლა მყისიერად ცვლის დაწყვილებული კუბიტის მდგომარეობას კვანტურ კომპიუტერებში. შედეგად, ჩახლართულობა აჩქარებს კვანტური კომპიუტერების დამუშავების სიჩქარეს.
იმის გამო, რომ ერთი კუბიტის დამუშავება ავლენს ინფორმაციას მრავალი კუბიტის შესახებ, კუბიტების რაოდენობის გაორმაგება სულაც არ გაზრდის პროცესების რაოდენობას (ანუ ჩახლართული კუბიტების).
კვანტური ჩახლართულობა, კვლევების მიხედვით, საჭიროა კვანტური ალგორითმისთვის კლასიკურ გამოთვლებზე ექსპონენციალური სიჩქარის მიწოდებისთვის.
ჩახლართული აპლიკაციები კვანტურ გამოთვლებში
რამდენიმე აპლიკაციას შეუძლია ისარგებლოს ამ უნიკალური ფიზიკური მახასიათებლით, რომელიც შეცვლის ჩვენს აწმყოსა და მომავალს. კვანტური დაშიფვრა, სუპერმკვრივი კოდირება, შესაძლოა სინათლეზე უფრო სწრაფი გადაცემა და ტელეპორტაციაც კი შეიძლება ჩართული იყოს ჩახლართულობით.
კვანტურ კომპიუტერებს აქვთ პოტენციალი გაუმკლავდნენ დროს და გადაამუშავონ ენერგო ინტენსიური გამოწვევები სხვადასხვა ინდუსტრიებში, მათ შორის ფინანსებსა და საბანკო საქმეში.
კვანტური ჩახლართულობა არის ფენომენი, რომელიც შეიძლება დაეხმაროს ასეთ კომპიუტერებს დროისა და დამუშავების სიმძლავრის შემცირებით, რაც საჭიროა მონაცემთა ნაკადის დასამუშავებლად მათ კუბიტებს შორის.
1. კვანტური კრიპტოგრაფია
კლასიკურ კრიპტოგრაფიაში, გამგზავნი შიფრავს შეტყობინებას ერთი გასაღებით, ხოლო მიმღები გაშიფრავს მას საერთო გასაღებით. თუმცა, არსებობს საშიშროება, რომ მესამე მხარე მიიღებს ცოდნას გასაღებების შესახებ და შეძლებს კრიპტოგრაფიის ჩაჭრას და ძირს.
ორ მხარეს შორის უსაფრთხო არხის შექმნა ურღვევი კრიპტოგრაფიის ქვაკუთხედია. ჩახლართულობამ შეიძლება გამოიწვიოს ეს. რადგან ორი სისტემა ჩახლართულია, ისინი ერთმანეთთან კორელაციაშია (როდესაც ერთი იცვლება, იცვლება მეორეც) და არცერთი მესამე მხარე არ იზიარებს ამ კორელაციას.
კვანტური კრიპტოგრაფია ასევე სარგებლობს არაკლონირებით, რაც ნიშნავს, რომ შეუძლებელია უცნობი კვანტური მდგომარეობის იდენტური ასლის გენერირება. შედეგად, შეუძლებელია კვანტურ მდგომარეობაში კოდირებული მონაცემების გამეორება.
კვანტური გასაღების შეუღწევადი განაწილებით, კვანტური კრიპტოგრაფია უკვე განხორციელდა (QKD). QKD იყენებს შემთხვევით პოლარიზებულ ფოტონებს გასაღების შესახებ ინფორმაციის გადასაცემად. მიმღები შიფრავს გასაღებს პოლარიზებული ფილტრების და ტექნიკის გამოყენებით, რომელიც გამოიყენება შეტყობინების დაშიფვრისთვის.
საიდუმლო მონაცემები კვლავ გადაიცემა სტანდარტული საკომუნიკაციო ხაზებით, მაგრამ მხოლოდ ზუსტ კვანტურ კლავიშს შეუძლია შეტყობინების გაშიფვრა. იმის გამო, რომ პოლარიზებული ფოტონების „კითხვა“ ცვლის მათ მდგომარეობას, ნებისმიერი მოსმენა აფრთხილებს კომუნიკატორებს შეჭრის შესახებ.
QKD ტექნოლოგია ამჟამად შეზღუდულია ოპტიკურ-ბოჭკოვანი კაბელით, რომელსაც შეუძლია ფოტონის მიწოდება დაახლოებით 100 კმ მანძილზე, სანამ ძალიან სუსტი გახდება მის მისაღებად. 2004 წელს პირველი ჩახლართული QKD საბანკო გადარიცხვა მოხდა ავსტრიაში.
ფიზიკურ პრინციპებზე დაფუძნებული ურღვევი და ხელშემშლელი კომუნიკაციების გადაცემას აშკარა გამოყენება აქვს ფინანსურ, საბანკო, სამხედრო, სამედიცინო და სხვა სექტორებში. რამდენიმე ბიზნესი ახლა იყენებს ჩახლართულ QKD-ს.
2. კვანტური ტელეპორტაცია
კვანტური ტელეპორტაცია ასევე არის კვანტური ინფორმაციის გადაცემის მეთოდი ორ მხარეს შორის, როგორიცაა ფოტონები, ატომები, ელექტრონები და სუპერგამტარი სქემები. კვლევის თანახმად, ტელეპორტაცია საშუალებას აძლევს QC-ებს იმუშაონ პარალელურად, ხოლო ნაკლებ ელექტროენერგიას იყენებენ, რაც ამცირებს ენერგიის მოხმარებას 100-დან 1000-ჯერ.
განსხვავება კვანტურ ტელეპორტაციასა და კვანტურ კრიპტოგრაფიას შორის შემდეგია:
- კვანტური ტელეპორტაციის გაცვლა კლასიკურ არხზე იგზავნება „კვანტური“ ინფორმაცია.
- კვანტური კრიპტოგრაფიის გაცვლა კვანტურ არხზე იგზავნება „კლასიკური“ ინფორმაცია.
კვანტური კომპიუტერების ენერგიის მოთხოვნილება წარმოქმნის სითბოს, რაც გამოწვევაა იმის გათვალისწინებით, რომ მათ უნდა იმუშაონ ასეთ დაბალ ტემპერატურაზე. ტელეპორტაციას აქვს პოტენციალი გამოიწვიოს დიზაინის გადაწყვეტილებები, რომლებიც დააჩქარებს კვანტური გამოთვლის განვითარებას.
3. ბიოლოგიური სისტემა
ადამიანის სხეული, ისევე როგორც ყველა არსება, მუდმივად იცვლება მილიონობით ქიმიური და ბიოლოგიური პროცესის ურთიერთქმედების გამო. ბოლო დრომდე ვარაუდობდნენ, რომ ისინი წრფივი იყო, "A" მიდის "B"-მდე. თუმცა, კვანტურმა ბიოლოგიამ და ბიოფიზიკამ აღმოაჩინა უზარმაზარი თანმიმდევრულობა ბიოლოგიურ სისტემებში, სადაც QE თამაშობს როლს.
გზა მრავალფეროვანი ქვედანაყოფების ცილის სტრუქტურები შეფუთული ერთად შემუშავებულია მდგრადი კვანტური ჩახლართულობისა და თანმიმდევრულობის დასაშვებად. კვანტური ბიოლოგია ჯერ კიდევ თეორიული თემაა სხვადასხვა პასუხგაუცემელი საზრუნავით; როდესაც ისინი განიხილება, მედიცინაში აპლიკაციები სულ უფრო თვალსაჩინო გახდება.
კვანტური გამოთვლები, თეორიულად, უფრო მეტად ჰგავს ბუნებას (ატომური კავშირის სიმულაციის გზით) და კვანტურ ბიოლოგიურ სისტემებს, ვიდრე კლასიკურ კომპიუტერებს.
4. სუპერმკვრივი კოდირება
სუპერმკვრივი კოდირება არის ორი ჩვეულებრივი ბიტის ინფორმაციის გადაცემის მეთოდი ერთი ჩახლართული კუბიტის გამოყენებით. სუპერ მკვრივი კოდი შეიძლება:
- მომხმარებელს აძლევს საშუალებას გააგზავნოს ნახევარი, რაც საჭიროა კლასიკური შეტყობინების აღსადგენად, რაც მომხმარებელს საშუალებას აძლევს ორმაგი სიჩქარით დაუკავშირდეს მანამ, სანამ წინასწარ მიწოდებული კუბიტები ამოიწურება.
- ორმხრივი კვანტური არხის სიმძლავრე ერთი მიმართულებით გაორმაგებულია.
- გადაიყვანეთ მაღალი შეყოვნების გამტარუნარიანობა დაბალ ლატენტურ გამტარობად მონაცემთა ნახევრის გადაცემით მაღალი შეყოვნების არხზე, რათა მხარდაჭერილი იყოს დაბალი შეყოვნების არხზე შემოსული მონაცემები.
კომუნიკაციის ყოველი თაობა მოითხოვდა მეტი მონაცემთა გადაცემას. ინფორმაციის შედარებითი მატება შესაძლებელი იქნება სუპერმკვრივი კოდირებით.
დასკვნა
კვანტურმა ჩახლართულობამ შეიძლება მოგვცეს საშუალება ვიმუშაოთ მონაცემებთან ადრე წარმოუდგენელი გზებით. კვანტური გამოთვლის ჩახლართვასთან ინტეგრირებით, ჩვენ შევძლებთ ვუპასუხოთ საკითხებს, რომლებიც მოითხოვენ უამრავ მონაცემს უფრო ეფექტური და უსაფრთხო გზით.
ბიოლოგიური და ასტრონომიული აპლიკაციების დამატებით, QE შეიძლება გამოყენებულ იქნას იმ საკითხებზე პასუხის გასაცემად, რომლებზეც ადამიანები დიდი ხანია ფიქრობენ: საიდან მოვედით ჩვენ და როგორ დაიწყო ეს ყველაფერი?
რაც უფრო მეტი ტექნოლოგია მიიღწევა, მით უფრო მეტ აპლიკაციას ვიპოვით ამისთვის - ეს უზარმაზარი დაპირებაა!
დატოვე პასუხი