Мазмуну[Жашыруу][Көрсөтүү]
Кванттык эсептөөлөр кванттык механиканын принциптерин колдонуу менен маалыматтарды иштетет. Натыйжада, кванттык эсептөө классикалык эсептөөгө караганда башкача мамилени талап кылат. Кванттык компьютерлерде колдонулган процессор бул айырмачылыктын бир мисалы.
Салттуу компьютерлерде кремнийге негизделген процессорлор иштесе, кванттык компьютерлер атомдор, иондор, фотондор же электрондор сыяктуу кванттык системаларды колдонушат. Алар 1 жана 0 ар кандай кванттык суперпозицияларда түзүлүшү мүмкүн болгон биттерди көрсөтүү үчүн кванттык функцияларды колдонушат.
Демек, бул контекстте "квант" термини эмнени билдирет? Бул олуттуу секирикпи?
Квант термини латындын quantum сөзүнөн келип чыккан, бул «сан» дегенди билдирет. Бул физикада «ал көрсөткөн нурлануунун жыштыгына пропорционалдуу энергиянын дискреттик саны». Дискреттик деген үзгүлтүксүз да, өзүнчө да эмес нерсени билдирет. Квант бул мааниде уникалдуу же олуттуу суммаларды билдирет.
Кванттык эсептөө деген эмне?
Quantum эсептөө кванттык физикада колдонулган алгоритмдер менен көбүнчө бирдей же окшош болгон эсептөөлөр үчүн алгоритмдерди куруу үчүн алгебралык ыкмаларды колдонуп жатат. Кванттык механика, өз кезегинде, атомдордун жана субатомдук бөлүкчөлөрдүн өлчөмү боюнча табияттын физикалык сапаттарын түшүндүрүүгө киришкен физиканын негизги теориясын билдирет.
A кванттык компьютер Ошентип, мындай алгоритмдерди ишке ашырууга жөндөмдүү гипотетикалык компьютер. Натыйжада, кванттык компьютерлер негизинен кванттык биттерге негизделген, алар кубиттер деп да белгилүү, алар бир электрондон түзүлүшү мүмкүн.
Кванттык материал кванттык механиканын эрежелерине ылайык иш-аракет кылып, ыктымалдык эсептөө, суперпозиция жана чырмалышуу. Бул идеялар татаал маселелерди чечүү үчүн кванттык компьютерлердин мүмкүнчүлүктөрүн колдонгон кванттык алгоритмдердин негизи болуп кызмат кылат.
Бул макалада мен кванттык чырмалыш жөнүндө билишиңиз керек болгон нерселердин баарын талкуулайм.
Кванттык чырмалыш деген эмне?
Кванттык чыр-чатак эки система ушунчалык тыгыз байланышта болгондуктан, бири жөнүндө билүү, бири-биринен канчалык алыс болсо да, экинчиси жөнүндө дароо билүүгө мүмкүндүк бергенде пайда болот.
Эйнштейн сыяктуу илимпоздор бул кубулушка таң калышты, ал аны "алыстагы үрөй учурарлык иш-аракет" деп атады, анткени ал эч кандай маалымат жарыктын ылдамдыгынан ылдам жөнөтүлбөйт деген эрежени бузган. Фотондорду жана электрондорду колдонуу менен кошумча эксперименттер, бирок, чырмалышып текшерилген.
Чаташуу кванттык эсептөөнүн негизи болуп саналат. Физикадагы кванттык чырмалыш кванттык бөлүкчөлөрдүн ортосундагы өтө күчтүү байланышты билдирет. Бул байланыш ушунчалык күчтүү болгондуктан, эки же андан көп кванттык бөлүкчөлөр эбегейсиз аралыктар менен бөлүнүп турганда үзгүлтүксүз байланышта болот.
Муну тереңирээк түшүнүү үчүн физикага же компьютерге тиешеси жок жөнөкөй салыштырууну карап көрөлү. Бир эмес, эки тыйын ыргытса эмне болорун карап көрөлү. Адатта, бир монета башына же куйрукка түшөбү, экинчи монета ыргытуунун жыйынтыгына анча деле тиешеси жок.
Бирок, чырмалышкан учурда, эки бөлүк тең бири-биринен бири-биринен ажыраганына карабастан, бири-бирине туташкан же чырмалышкан. Бул учурда, бир монета башына түшсө, экинчи монета да баштарды көрсөтөт жана тескерисинче.
Кванттык чырмалууну түшүнүү (мисалы менен)
Кванттык чырмалыш чындыгында эки системанын (адатта электрондор же фотондор) бири-бири менен тыгыз байланышта болгондуктан, бир системанын "абалы" (электрондун спининин багыты, айталы, "Жогорку") жөнүндө маалымат алуу экинчи системанын кыймылы жөнүндө көз ирмемдик билимге ээ болгон кырдаал. «Абал» (экинчи электрондун спининин багыты, «Төмөн» деп айтыңыз) бул системалар бири-биринен канчалык алыс болгонуна карабастан.
"Бир заматта" жана "бир-биринен канчалык алыс экенине карабастан" деген сөз айкаштары маанилүү. Бул көрүнүш Эйнштейн сыяктуу илимпоздорду таң калтырды, анткени абал өлчөнгөнгө чейин аныктала бербейт жана маалыматтын берилиши маалымат жарыктын ылдамдыгынан да ылдам жүрүүгө болбойт деген классикалык физика эрежесине каршы келет.
Бирок 1980-жылдары башталган изилдөөлөрдүн жана сыноолордун аркасында 1980-жылдардан бери чырмалуунун фотондорду да, электрондорду да колдоноору далилденген.
Эки субатомдук бөлүкчөлөр (электрондор) бир толкун функциясы менен сүрөттөлүшү үчүн өндүрүлүшү мүмкүн. Чаташуу бир ыкмада нөл спиндери бар ата-эне бөлүкчөсүнө бирдей, бирок карама-каршы спиндери бар эки чырмалышкан кыз бөлүкчөлөргө ажыроого мүмкүндүк берүү аркылуу жетишүүгө болот.
Эгерде эки кыз бөлүкчөлөр эч нерсе менен өз ара аракеттенишпесе, алардын толкун функциялары бири-биринен канчалык алыс өлчөнгөнүнө карабастан бирдей жана карама-каршы бойдон кала берет. Окумуштуулар тестирлөөнүн натыйжасында чырмалышкан убакыт маалыматка эч кандай таасир этпегендигин аныкташкан.
Анын ордуна, маалымат бир бөлүкчөнүн маалыматы өлчөнгөндө гана жарыктын ылдамдыгынан ылдамыраак ылдамдыкта экинчи бөлүкчөгө жөнөтүлөт.
Натыйжада маалымат ушундай темпте агып жатат. Бирок бизде аны көзөмөлдөй албайбыз - бул көзөмөлдүн жоктугу Quantum Entanglement колдонууну чектейт, мисалы, кабарды же башка маалыматты жарыктын ылдамдыгынан тезирээк жөнөтүү.
Кванттык эсептөөдө чырмашуу кандай роль ойнойт?
Чаташкан кубиттин абалын өзгөртүү кванттык компьютерлердеги жупташкан кубиттин абалын заматта өзгөртөт. Натыйжада, чырмалып кванттык компьютерлердин иштетүү ылдамдыгын тездетет.
Бир кубитти иштетүү көптөгөн кубиттер жөнүндө маалыматты ачып бергендиктен, кубиттердин санын эки эсеге көбөйтүү процесстердин санын (б.а. чырмалышкан кубиттер) көбөйтпөйт.
Изилдөөлөргө ылайык, кванттык алгоритм классикалык эсептөөлөргө караганда экспоненциалдык ылдамдыкты камсыз кылуу үчүн кванттык чырмалыш керек.
Кванттык эсептөөлөрдөгү тирешүү колдонмолору
Бир нече тиркемелер биздин азыркы жана келечегибизди өзгөртө турган бул өзгөчө физикалык өзгөчөлүктөн пайда ала алышат. Кванттык шифрлөө, өтө тыгыз коддоо, балким, жарыктан тезирээк берүү, жада калса телепортациянын баары чырмалышып иштетилиши мүмкүн.
Кванттык компьютерлер ар кандай тармактарда, анын ичинде финансы жана банк ишинде убакытты жана энергияны көп талап кылган көйгөйлөрдү чечүү мүмкүнчүлүгүнө ээ.
Кванттык түйшүк - бул кубиттердин ортосундагы маалымат агымын башкаруу үчүн талап кылынган убакытты жана иштетүү күчүн кыскартуу аркылуу мындай компьютерлерге жардам бере турган көрүнүш.
1. Кванттык криптография
Классикалык криптографияда жөнөтүүчү билдирүүнү бир ачкыч менен коддойт, ал эми кабыл алуучу аны жалпы ачкыч менен чечет. Бирок, үчүнчү тарап ачкычтар жөнүндө билимге ээ болуп, криптографияны кармап, бузуп алуу коркунучу бар.
Эки тараптын ортосунда коопсуз канал түзүү бузулбас криптографиянын негизи болуп саналат. Чаташуу буга себеп болушу мүмкүн. Эки система чырмалышкандыктан, алар бири-бири менен корреляцияланат (бири өзгөрсө, экинчиси да өзгөрөт) жана эч бир үчүнчү тарап бул корреляцияны бөлүшпөйт.
Кванттык криптография дагы клондоштуруудан пайда көрөт, бул белгисиз кванттык абалдын окшош көчүрмөсүн түзүү мүмкүн эмес дегенди билдирет. Натыйжада, кванттык абалда коддолгон маалыматтарды кайталоо мүмкүн эмес.
Өтпөс кванттык ачкыч бөлүштүрүү менен кванттык криптография буга чейин ишке ашырылган (QKD). QKD ачкыч жөнүндө маалымат берүү үчүн кокус поляризацияланган фотондорду колдонот. Алуучу поляризациялоочу чыпкаларды жана билдирүүнү шифрлөө үчүн колдонулган ыкманы колдонуу менен ачкычты чечмелейт.
Жашыруун маалыматтар дагы эле стандарттык байланыш линиялары аркылуу өткөрүлүп берилет, бирок так кванттык ачкыч гана билдирүүнү чечмелей алат. Поляризацияланган фотондорду "окуу" алардын абалын өзгөрткөндүктөн, ар кандай тыңшоо байланышчыларга интрузия жөнүндө эскертет.
QKD технологиясы учурда була-оптикалык кабель менен чектелген, ал фотонду кабыл алуу үчүн өтө алсыраганга чейин 100 кмге чейин жеткире алат. 2004-жылы биринчи жолу QKD банктык которуусу Австрияда болгон.
Физикалык принциптердин негизинде далилденген коопсуз жана бузулбас байланыштарды берүү каржы, банк, аскердик, медициналык жана башка тармактарда ачык колдонулушу мүмкүн. Азыр бир нече ишканалар чырмалышкан QKD колдонуп жатышат.
2. Кванттык телепортация
Кванттык телепортация ошондой эле фотондор, атомдор, электрондор жана супер өткөргүч схемалар сыяктуу эки тараптын ортосунда кванттык маалыматты берүү ыкмасы болуп саналат. Изилдөөлөргө ылайык, телепортация QCлерди параллелдүү иштетүүгө мүмкүндүк берет, ал эми электр энергиясын азыраак колдонуп, электр энергиясын колдонууну 100-1000 эсеге азайтат.
Кванттык телепортация менен кванттык криптографиянын ортосундагы айырма төмөнкүчө:
- Кванттык телепортациянын алмашуусу Классикалык канал аркылуу “кванттык” маалымат жөнөтүлөт.
- Кванттык криптографиянын алмашуусу Кванттык канал аркылуу “классикалык” маалымат жөнөтүлөт.
Кванттык компьютерлердин энергияга болгон муктаждыгы жылуулукту жаратат, бул алардын мынчалык төмөн температурада иштеши керектигин эске алганда, бул кыйынчылык. Телепортация кванттык эсептөөлөрдүн өнүгүшүн тездете турган долбоордук чечимдерге алып келүү мүмкүнчүлүгүнө ээ.
3. Биологиялык система
Адамдын организми, бардык жандыктар сыяктуу эле, миллиондогон химиялык жана биологиялык процесстердин өз ара аракеттенүүсүнүн натыйжасында тынымсыз өзгөрүп турат. Жакынкы убакка чейин алар сызыктуу деп эсептелип, "А" "В" га алып келет. Бирок, кванттык биология жана биофизика биологиялык системалардын ичиндеги ырааттуулуктун чоң көлөмүн ачып, QE роль ойногон.
ар түрдүү суббирдиктердин жолу белок структуралары туруктуу кванттык чырмалышка жана ырааттуулукка мүмкүндүк берүү үчүн иштелип чыккан. Кванттык биология дагы эле ар кандай жоопсуз суроолор менен теориялык тема болуп саналат; алар чечилгенде, медицинадагы колдонуулар барган сайын айкын болуп калат.
Кванттык эсептөө, теория боюнча, классикалык компьютерлерге караганда табиятка (атомдук байланышты симуляциялоо аркылуу) жана кванттык биологиялык системаларга жакшыраак окшошушу мүмкүн.
4. Superdense коддоо
Superdense коддоо - бул бир чырмалышкан кубитти колдонуу менен эки кадимки бит маалымат берүү ыкмасы. Өтө тыгыз код:
- Колдонуучуга классикалык билдирүүнү мөөнөтүнөн мурда реконструкциялоо үчүн зарыл болгон нерсенин жарымын жөнөтүүгө мүмкүндүк берет, бул колдонуучуга алдын ала жеткирилген кубиттер түгөнгөнгө чейин эки эсе ылдамдыкта байланышууга мүмкүндүк берет.
- Бир багытта эки тараптуу кванттык каналдын сыйымдуулугу эки эсеге көбөйөт.
- Төмөнкү кечигүү каналы аркылуу келген берилиштерди колдоо үчүн маалыматтын жарымын жогорку кечигүү каналы аркылуу өткөрүү аркылуу жогорку кечиктирүү өткөрүү жөндөмдүүлүгүнө айлантыңыз.
байланыштын ар бир мууну көбүрөөк маалыматтарды берүү үчүн чакырды. Салыштырмалуу маалыматка ээ болуу өтө тыгыз коддоо менен мүмкүн болот.
жыйынтыктоо
Кванттык чыр-чатак бизге мурда элестете албаган жолдор менен маалыматтар менен иштөөгө мүмкүндүк берет. Кванттык эсептөөлөрдү чаташуу менен интеграциялоо менен биз көп сандагы маалыматтарды талап кылган маселелерге натыйжалуу жана коопсуз жооп бере алабыз.
Биологиялык жана астрономиялык тиркемелерди кошуу менен, QE адамдар көптөн бери ойлонуп келген суроолорго жооп берүү үчүн колдонулушу мүмкүн: биз кайдан келдик жана мунун баары кантип башталды?
Технология канчалык көп өнүксө, биз ага ошончолук көп тиркемелерди табабыз — анын зор убадасы бар!
Таштап Жооп