Цифрлық трансформация әлемді бұрынғыдан да жылдам өзгертуде. Сандық дәуірдің негізгі концепциялары туралы білу бұрыннан бар модельдерді таңғаларлық жылдамдықпен және қуатпен түрлендіруге қабілетті технологияның тағы бір жаңа толқынының жақын арада келуімен маңыздырақ болады: кванттық есептеулер.
Бұл мақалада біз дәстүрлі есептеулер мен кванттық есептеулердің негізгі ұғымдарын салыстырамыз, сонымен қатар олардың әртүрлі салаларда қолданылуын зерттей бастаймыз.
Кванттық қасиеттер дегеніміз не?
Тарих бойы адамдар ғылым арқылы табиғаттың әрекетін түсініп, технологияны дамытты. 1900-1930 жылдар аралығында әлі толық зерттелмеген кейбір физикалық құбылыстарды зерттеу жаңа физикалық теорияны тудырды: Кванттық механика. Бұл теория микроскопиялық әлемнің жұмысын, молекулалардың, атомдардың және электрондардың табиғи мекендеу ортасын сипаттайды және түсіндіреді.
Ол бұл құбылыстарды түсіндіріп қана қойған жоқ, сонымен қатар субатомдық шындық толығымен қарама-қайшы, дерлік сиқырлы түрде жұмыс істейтінін және микроскопиялық әлемде болмайтын оқиғалардың орын алатынын түсінуге мүмкіндік берді. макроскопиялық әлем.
Бұл кванттық қасиеттерге кванттық суперпозиция, кванттық түйісу және кванттық телепортация жатады.
- Кванттық суперпозиция бөлшектің бір уақытта әртүрлі күйде болуын сипаттайды.
- Кванттық шиеленіс екі бөлшекті «шамаланған» күйге қалай әкелетінін сипаттайды және содан кейін олардың физикалық қашықтығына қарамастан, бір уақытта дерлік бірдей жауап береді. Басқаша айтқанда, оларды бір-бірінен қалағанша алыс орналастыруға болады және біреуімен әрекеттесу кезінде екіншісі сол әрекеттесуге әрекет етеді.
- Кванттық телепортация Кеңістікте саяхаттауды қажет етпей, ақпаратты кеңістіктегі бір жерден екінші жерге жіберу үшін кванттық шиеленісті пайдаланады.
Кванттық есептеулер субатомдық табиғаттың осы кванттық қасиеттеріне негізделген.
Бұл жағдайда кванттық механика арқылы микроскопиялық әлемді бүгінгі түсіну бізге адамдардың өмірін жақсартуға қабілетті технологияларды ойлап табуға және жобалауға мүмкіндік береді. Кванттық құбылыстарды пайдаланатын көптеген әртүрлі технологиялар бар және олардың кейбіреулері, мысалы, лазерлер немесе магниттік-резонанстық бейнелеу (МРТ) жарты ғасырдан астам уақыт бойы пайда болды.
Кванттық есептеу дегеніміз не?
Кванттық компьютерлердің қалай жұмыс істейтінін түсіну үшін алдымен осы мақалада сандық немесе классикалық компьютерлер деп аталатын біз күнделікті қолданатын компьютерлердің қалай жұмыс істейтінін түсіндіріп алған жөн. Бұлар, планшеттер немесе ұялы телефондар сияқты барлық басқа электрондық құрылғылар сияқты, жадтың негізгі бірліктері ретінде биттерді пайдаланады. Бұл бағдарламалар мен қолданбалар биттермен, яғни нөлдер мен бірліктердің екілік тілінде кодталатынын білдіреді.
Біз осы құрылғылардың кез келгенімен әрекеттескен сайын, мысалы, пернетақтадағы пернені басу арқылы компьютерде нөлдер мен бірлердің жолдары жасалады, жойылады және/немесе өзгертіледі.
Қызықты сұрақ мынада, бұл нөлдер мен физикалық түрде компьютерде қандай сандар бар? Биттердің нөлдік және бір күйлері коммутаторлар ретінде әрекет ететін транзисторлар деп аталатын микроскопиялық бөліктер арқылы өтетін электр тогына сәйкес келеді немесе жоқ. Ток өтпеген кезде транзистор «өшірілген» және 0 битіне сәйкес келеді, ал ағып жатқанда «қосулы» және 1 битіне сәйкес келеді.
Жеңілдетілген түрде 0 және 1 разрядтары саңылауларға сәйкес келетін сияқты, бос саңылау 0 бит, ал электрон алып жатқан саңылау 1 бит. Енді бізде қазіргі компьютерлер қалай жұмыс істейтіні туралы түсінік бар. , кванттық компьютерлердің қалай жұмыс істейтінін түсінуге тырысайық.
Биттерден кубиттерге дейін
Кванттық есептеулердегі ақпараттың негізгі бірлігі кванттық бит немесе кубит болып табылады. Кубиттер анықтамасы бойынша екі деңгейлі кванттық жүйелер болып табылады, олар бит сияқты төмен деңгейде болуы мүмкін, ол 0 ретінде анықталған төмен қозу немесе энергия күйіне сәйкес келеді; немесе жоғарырақ қозу күйіне сәйкес келетін немесе 1 ретінде анықталған жоғары деңгейде.
Дегенмен, классикалық есептеулерден түбегейлі айырмашылығы да осында, кубиттер 0 мен 1 арасындағы аралық күйлердің шексіз санында болуы мүмкін, мысалы, 0-дің жартысы мен 1-дің жартысы немесе 0-дің төрттен үш бөлігі және төрттен бір бөлігі. 1. Бұл құбылыс кванттық суперпозиция ретінде белгілі және кванттық жүйелерде табиғи болып табылады.
Кванттық алгоритмдер: Экспоненциалды түрде қуаттырақ және тиімді есептеулер
Кванттық компьютерлердің мақсаты - кванттық жүйелер ретінде кубиттердің осы кванттық қасиеттерін пайдалану, классикалық компьютерлерге қарағанда әлдеқайда үлкен өңдеу қуатын ұсыну үшін суперпозиция мен түйісуді пайдаланатын кванттық алгоритмдерді іске қосу мүмкіндігі.
Нағыз парадигманың ауысуы сандық немесе классикалық компьютерлер (қазіргі компьютерлер) жасайтын нәрсені жасаудан тұрмайды, бірақ көптеген мақалалар қате мәлімдегендей жылдамырақ екенін, керісінше кванттық алгоритмдер белгілі бір операцияларды орындауға мүмкіндік беретінін атап өту маңызды. мүлде басқаша орындалады; бұл көбінесе тиімдірек, яғни әлдеқайда аз уақыт ішінде немесе әлдеқайда аз есептеу ресурстарын пайдалану.
Мұның нені білдіретінінің нақты мысалын қарастырайық. Біз Сан-Францискода екенімізді елестетіп көрейік және оған жетудің миллиондаған нұсқаларының ішінде Нью-Йоркке ең жақсы жол қайсы екенін білгіміз келеді (N=1,000,000). Оңтайлы бағытты табу үшін компьютерлерді пайдалана алу үшін бізге 1,000,000 XNUMX XNUMX опцияны цифрлау керек, бұл оларды классикалық компьютер үшін бит тіліне және кванттық компьютер үшін кубиттерге аударуды білдіреді.
Классикалық компьютер қажетті жолды тапқанша барлық жолдарды бір-бірлеп өтуі керек болса да, кванттық компьютер кванттық параллелизм деп аталатын процесті пайдаланады, бұл оған барлық жолдарды бірден қарастыруға мүмкіндік береді. Бұл кванттық компьютер пайдаланылған ресурстарды оңтайландыруға байланысты классикалық компьютерге қарағанда оңтайлы жолды тезірек табады дегенді білдіреді.
Есептеу сыйымдылығының айырмашылығын түсіну үшін n кубитпен біз 2 арқылы мүмкін болатын нәрсеге баламалы әрекет жасай аламыз.n бит. 2-ге жуық деп жиі айтылады70 кванттық компьютерде негізгі күйлер көп болуы мүмкін - таңбалардың әртүрлі және бір уақыттағы қатарлары - шамамен 2 деп есептелетін ғаламдағы атомдар санынан гөрі80. Тағы бір мысал, 2000 мен 2500 кубит аралығындағы кванттық компьютердің көмегімен бүгінгі күні қолданылатын барлық криптографияны (ашық кілт криптографиясы ретінде белгілі) бұзуға болады деп есептелінеді.
Криптографияға келетін болсақ, қолданудың көптеген артықшылықтары бар кванттық есептеу. Егер екі жүйе бір-бірімен араласқан болса, бұл олардың бір-бірімен корреляцияланғанын білдіреді (яғни, біреуі өзгерсе, екіншісі де өзгереді) және бұл корреляцияны үшінші тарап бөліспейді.
Ала кету
Біз әртүрлі дамып келе жатқан блокчейн, жасанды интеллект, дрондар, заттар интернеті, виртуалды шындық, 5G, 3D принтерлер, роботтар немесе автономды көлік құралдары көптеген салаларда және секторларда барған сайын бар.
Дамуды жеделдету және әлеуметтік әсер туғызу арқылы адам өмірінің сапасын жақсартуға бағытталған бұл технологиялар қазіргі уақытта қатар дамып келеді. Біз компанияларды блокчейн және IoT немесе дрондар сияқты осы технологиялардың екі немесе одан да көп комбинациясын пайдаланатын өнімдерді әзірлейтінін сирек көреміз. жасанды интеллект.
Олар жақындауға және осылайша экспоненциалды түрде үлкен әсерге ие болуға арналған болса да, олардың дамуының бастапқы кезеңі және әзірлеушілер мен техникалық білімі бар адамдардың тапшылығы конвергенция әлі де күтілетін міндет екенін білдіреді.
Бұзатын әлеуетінің арқасында кванттық технологиялар барлық осы жаңа технологиялармен біріктіріліп қана қоймай, олардың барлығына іс жүзінде кең әсер етеді деп күтілуде. Кванттық есептеу деректердің аутентификациясына, алмасуына және қауіпсіз сақталуына қауіп төндіреді, бұл киберқауіпсіздік немесе блокчейн сияқты криптография маңыздырақ рөл атқаратын технологияларға көбірек әсер етеді.
пікір қалдыру