Мазмұны[Жасыру][Көрсету]
Кванттық есептеулер кванттық механика принциптерін пайдалана отырып деректерді өңдейді. Нәтижесінде кванттық есептеулер классикалық есептеулерге қарағанда басқа тәсілді қажет етеді. Кванттық компьютерлерде қолданылатын процессор осы айырмашылықтың бір мысалы болып табылады.
Дәстүрлі компьютерлер кремний негізіндегі процессорларды пайдаланса, кванттық компьютерлер атомдар, иондар, фотондар немесе электрондар сияқты кванттық жүйелерді пайдаланады. Олар 1 және 0 әр түрлі кванттық суперпозицияларда жасалуы мүмкін биттерді көрсету үшін кванттық мүмкіндіктерді пайдаланады.
Сонымен, бұл контексте «кванттық» термині нені білдіреді? Бұл айтарлықтай секіріс пе?
Квант термині латынның quantum сөзінен шыққан, ол «сан» дегенді білдіреді. Бұл физикадағы «өзі көрсететін сәулелену жиілігіне шамасы бойынша пропорционал энергияның дискретті мөлшері». Дискретті деп үздіксіз де, ерекше де емес нәрсені білдіреді. Кванттық бұл мағынада бірегей немесе маңызды сомаларды білдіреді.
Кванттық есептеу дегеніміз не?
Кванттық есептеу көбінесе кванттық физикада қолданылатын алгоритмдермен бірдей немесе ұқсас есептеулер алгоритмдерін құру үшін алгебралық әдістерді қолданады. Кванттық механика, өз кезегінде, атомдар мен субатомдық бөлшектердің өлшемдеріндегі табиғаттың физикалық қасиеттерін түсіндіруге кірісетін негізгі физика теориясына сілтеме жасайды.
A кванттық компьютер осылайша, мұндай алгоритмдерді жүзеге асыруға қабілетті гипотетикалық компьютер. Нәтижесінде, кванттық компьютерлер негізінен кванттық биттерге негізделген, олар кубиттер деп те аталады, олар бір электроннан жасалуы мүмкін.
Кванттық материал ықтималдық есептеу, суперпозиция және сияқты түсініктерді пайдалана отырып, кванттық механика ережелеріне сәйкес әрекет етеді. шабуыл. Бұл идеялар күрделі мәселелерді шешу үшін кванттық компьютерлердің мүмкіндіктерін пайдаланатын кванттық алгоритмдер үшін негіз болады.
Бұл мақалада мен кванттық шиеленіс туралы білуіңіз керек барлық нәрсені талқылаймын.
Кванттық түйісу дегеніміз не?
Кванттық шиеленіс екі жүйе бір-бірімен тығыз байланысты болған кезде пайда болады, олардың бірі туралы білу екіншісі туралы олардың қаншалықты алыс болса да, бірден білуге мүмкіндік береді.
Эйнштейн сияқты ғалымдар бұл құбылысқа таң қалды, ол оны «қашықтықтағы қорқынышты әрекет» деп атады, өйткені ол ешқандай ақпаратты жарық жылдамдығынан жылдам жіберуге болмайды деген ережені бұзды. Фотондар мен электрондарды қолданатын қосымша эксперименттер, алайда, түйісуді растады.
Шатасу кванттық есептеулердің ірге тасы болып табылады. Физикадағы кванттық түйіспе кванттық бөлшектер арасындағы өте күшті байланысты білдіреді. Бұл байланыстың күшті болғаны сонша, екі немесе одан да көп кванттық бөлшектер бір-бірінен орасан зор қашықтықтармен бір-бірінен ажырамас түрде қосылуы мүмкін.
Мұны әрі қарай түсіну үшін физикаға немесе есептеулерге қатысы жоқ қарапайым салыстыруды қарастырыңыз. Бір емес, екі тиын лақтырылғанда не болатынын қарастырыңыз. Әдетте, бір тиынның басына немесе құйрығына түсуі екінші монета лақтыру нәтижесіне айтарлықтай әсер етпейді.
Дегенмен, шатасу жағдайында екі бөлік физикалық тұрғыдан бөлек болғанына қарамастан, біріктіріледі немесе шатастырылады. Бұл жағдайда, егер бір монета бастарға түссе, екінші монета да бастарды көрсетеді және керісінше.
Кванттық шиеленісті түсіну (мысалмен)
Кванттық түйісу шын мәнінде екі жүйенің (әдетте электрондар немесе фотондар) бір жүйенің «күйі» (электронның спинінің бағыты, айталық, «жоғары») туралы ақпаратты алу басқа жүйенің әрекеті туралы лезде білім беретіндей тығыз байланысты болатын жағдай. «Күй» (екінші электронның спинінің бағыты, «Төмен» деңіз) бұл жүйелердің бір-бірінен қаншалықты қашықтығына қарамастан.
«Лездік» және «бір-бірінен қаншалықты алыс болса да» тіркестері маңызды. Бұл құбылыс Эйнштейн сияқты ғалымдарды таң қалдырды, өйткені күй өлшенбейінше анықталмайды және ақпараттың берілуі ақпаратты жарық жылдамдығынан жылдам тасымалдауға болмайды деген классикалық физика ережесіне қайшы келеді.
Дегенмен, 1980 жылдары басталған зерттеулер мен сынақтардың арқасында 1980-ші жылдардан бері шиеленіс фотондарды да, электрондарды да пайдаланатыны дәлелденді.
Екі субатомдық бөлшектерді (электрондарды) бір толқындық функция арқылы сипаттауға болатындай етіп жасауға болады. Шатасуға бір әдіспен қол жеткізуге болады, бұл нөлдік спиндері бар негізгі бөлшектің бірдей, бірақ қарама-қарсы спиндері бар екі шатасқан еншілес бөлшектерге ыдырауына мүмкіндік береді.
Егер екі еншілес бөлшек ештеңемен әрекеттеспесе, олардың толқындық функциялары бір-бірінен қаншалықты алыс өлшенсе де, тең және қарама-қарсы болып қалады. Ғалымдар тестілеу арқылы түйісу уақыты ақпаратқа әсер етпейтінін анықтады.
Оның орнына ақпарат бір бөлшектің ақпараты өлшенгенде ғана басқа бөлшекке жарық жылдамдығынан жоғары жылдамдықпен жіберіледі.
Нәтижесінде ақпарат осы қарқынмен жүреді. Бірақ біз оны басқара алмаймыз – бұл бақылаудың жоқтығы хабарды немесе жарық жылдамдығынан жылдамырақ басқа ақпаратты жіберу сияқты кванттық шиеленісті пайдалануды шектейді.
Кванттық есептеулерде түйісу қандай рөл атқарады?
Шатастырылған кубит күйін өзгерту кванттық компьютерлердегі жұптастырылған кубит күйін лезде өзгертеді. Нәтижесінде шиеленіс кванттық компьютерлердің өңдеу жылдамдығын жылдамдатады.
Бір кубитті өңдеу көптеген кубиттер туралы ақпаратты ашатындықтан, кубиттер санын екі есе арттыру процестердің санын (яғни, түйіскен кубиттерді) көбейтпейді.
Зерттеулерге сәйкес, кванттық алгоритм классикалық есептеулерге қарағанда экспоненциалды жылдамдықты қамтамасыз ету үшін кванттық шиеленіс қажет.
Кванттық есептеулердегі түйісу қолданбалары
Бірнеше қолданбалар біздің қазіргі және болашағымызды өзгертетін осы бірегей физикалық сипаттамадан пайда көре алады. Кванттық шифрлау, өте тығыз кодтау, мүмкін жарықтан жылдамырақ тарату және тіпті телепортацияның барлығын шатастыру арқылы қосуға болады.
Кванттық компьютерлердің әртүрлі салалардағы, соның ішінде қаржы мен банк ісіндегі уақытты және қуатты көп қажет ететін мәселелерді шешуге әлеуеті бар.
Кванттық шиеленіс - мұндай компьютерлерге олардың кубиттері арасындағы деректер ағынын өңдеуге қажетті уақыт пен өңдеу қуатын азайту арқылы көмектесетін құбылыс.
1. Кванттық криптография
Классикалық криптографияда жіберуші хабарламаны бір кілтпен кодтайды, ал алушы оны ортақ кілтпен декодтайды. Дегенмен, үшінші тараптың кілттер туралы білім алуы және криптографияны ұстап алу және бұзу қаупі бар.
Екі тарап арасында қауіпсіз арна құру бұзылмайтын криптографияның негізі болып табылады. Шатасу бұған себеп болуы мүмкін. Екі жүйе тоғысқандықтан, олар бір-бірімен корреляцияланады (біреуі өзгерсе, екіншісі де өзгереді) және ешбір үшінші тарап бұл корреляцияны бөліспейді.
Кванттық криптография клондаудың да пайдасын көреді, яғни белгісіз кванттық күйдің бірдей көшірмесін жасау мүмкін емес. Нәтижесінде кванттық күйде кодталған деректерді қайталау мүмкін емес.
Кванттық кілттердің өтпейтін таралуымен кванттық криптография жүзеге асырылды (QKD). QKD кілт туралы ақпаратты жіберу үшін кездейсоқ поляризацияланған фотондарды пайдаланады. Алушы поляризациялық сүзгілерді және хабарламаны шифрлау үшін қолданылатын әдісті пайдаланып кілтті шешеді.
Құпия деректер әлі де стандартты байланыс желілері арқылы тасымалданады, бірақ тек нақты кванттық кілт хабарламаны декодтай алады. Поляризацияланған фотондарды «оқу» олардың күйлерін өзгертетіндіктен, кез келген тыңдау коммуникаторларға ену туралы ескертеді.
QKD технологиясы қазіргі уақытта талшықты-оптикалық кабельмен шектелген, ол фотонды қабылдауға тым әлсіз болғанға дейін шамамен 100 км-ге жеткізе алады. 2004 жылы бірінші шиеленісті QKD банк аударымы Австрияда орын алды.
Физикалық принциптерге негізделген сенімді түрде қауіпсіз болатын үзілмейтін және бұзылмайтын байланыстарды беру қаржы, банк, әскери, медициналық және басқа салаларда айқын қолданбаларға ие екеніне көз жеткізіңіз. Қазір бірнеше кәсіпорындар шиеленіскен QKD пайдалануда.
2. Кванттық телепортация
Кванттық телепортация сонымен қатар фотондар, атомдар, электрондар және асқын өткізгіш тізбектер сияқты екі тарап арасындағы кванттық ақпаратты беру әдісі болып табылады. Зерттеулерге сәйкес, телепортация QC-ге параллель жұмыс істеуге мүмкіндік береді, ал азырақ электр қуатын пайдалана отырып, қуатты пайдалануды 100-ден 1000 есеге дейін азайтады.
Кванттық телепортация мен кванттық криптографияның айырмашылығы келесідей:
- Кванттық телепортация алмасулары Классикалық арна арқылы «кванттық» ақпарат жіберіледі.
- Кванттық криптографияның алмасуы Кванттық арна арқылы «классикалық» ақпарат жіберіледі.
Кванттық компьютерлердің қуат қажеттіліктері жылуды тудырады, бұл олардың осындай төмен температурада жұмыс істеуі керек екенін ескере отырып, қиындық тудырады. Телепортацияның кванттық есептеулердің дамуын жеделдететін жобалық шешімдерге әкелетін әлеуеті бар.
3. Биологиялық жүйе
Адам ағзасы, барлық тіршілік иелері сияқты, миллиондаған химиялық және биологиялық процестердің өзара әрекеттесуіне байланысты үнемі өзгеріп отырады. Соңғы уақытқа дейін олар сызықты болып есептелді, «А» «В»-ға әкеледі. Дегенмен, кванттық биология мен биофизика биологиялық жүйелердің ішінде QE рөл атқаратын үлкен үйлесімділікті ашты.
Әртүрлі суббірліктердің жолы белок құрылымдары бірге оралғандар тұрақты кванттық түйісу мен когеренттілікке мүмкіндік беру үшін әзірленген. Кванттық биология әлі күнге дейін әртүрлі жауапсыз алаңдаушылықтары бар теориялық тақырып болып табылады; олар қарастырылған кезде, медицинадағы қосымшалар барған сайын көрінетін болады.
Кванттық есептеулер, теориялық тұрғыдан, классикалық компьютерлерге қарағанда табиғатқа (атомдық байланысты имитациялау арқылы) және кванттық биологиялық жүйелерге жақсырақ ұқсауы мүмкін.
4. Superdense кодтау
Superdense кодтау - бір түйіскен кубит арқылы ақпараттың екі кәдімгі биттерін беру әдісі. Өте тығыз код:
- Пайдаланушыға классикалық хабарламаны қайта құру үшін қажеттінің жартысын мерзімінен бұрын жіберуге мүмкіндік береді, бұл пайдаланушыға алдын ала жеткізілген кубиттер біткенше екі есе жылдамдықпен байланысуға мүмкіндік береді.
- Екі жақты кванттық арнаның бір бағыттағы өткізу қабілеті екі есе артады.
- Төмен кідіріс арнасы арқылы келетін деректерді қолдау үшін деректердің жартысын жоғары кідіріс арнасы арқылы жіберу арқылы жоғары кідіріс өткізу қабілеттілігін төмен кідіріс өткізу қабілеттілігіне түрлендіріңіз.
Байланыстың әрбір буыны көбірек деректерді беруді талап етті. Ақпараттың салыстырмалы табысы өте тығыз кодтау арқылы мүмкін болады.
қорытынды
Кванттық шиеленіс деректермен бұрын елестете алмайтын тәсілдермен жұмыс істеуге мүмкіндік береді. Кванттық есептеулерді шиеленіспен біріктіру арқылы біз деректердің үлкен көлемін талап ететін мәселелерге тиімдірек және қауіпсіз түрде жауап бере аламыз.
Биологиялық және астрономиялық қосымшаларды қосқанда, QE адамдар көптен бері ойластырған мәселелерге жауап беру үшін пайдаланылуы мүмкін: біз қайдан келдік және бәрі қалай басталды?
Технология неғұрлым көп жетілдірілсе, соғұрлым біз оған арналған қосымшаларды табамыз — оның үлкен уәдесі бар!
пікір қалдыру