Санариптик трансформация дүйнөнү болуп көрбөгөндөй тезирээк өзгөртүп жатат. Санариптик доордун негизги концепцияларын үйрөнүү учурдагы моделдерди таң калыштуу ылдамдык жана күч менен өзгөртүүгө жөндөмдүү технологиянын дагы бир жаңы толкунунун жакынкы келиши менен ого бетер маанилүү болуп калат: кванттык эсептөө.
Бул макалада биз салттуу эсептөө менен кванттык эсептөөнүн негизги түшүнүктөрүн салыштырып, ошондой эле алардын ар кандай чөйрөлөрдө колдонулушун изилдей баштайбыз.
Кванттык касиеттери кандай?
Тарых бою адамдар илим аркылуу жаратылыштын иштешин түшүнүп, технологияны өнүктүрүшкөн. 1900-1930-жылдардын ортосунда али жакшы түшүнүлө элек кээ бир физикалык кубулуштарды изилдөө жаңы физикалык теорияны пайда кылды: Кванттык механика. Бул теория микроскопиялык дүйнөнүн иштешин, молекулалардын, атомдордун жана электрондордун табигый жашоо чөйрөсүн сүрөттөйт жана түшүндүрөт.
Ал бул кубулуштарды түшүндүрүп гана тим болбостон, субатомдук чындык толугу менен карама-каршы, дээрлик сыйкырдуу иштээрин жана окуялардын микроскопиялык дүйнөдө болуп жатканын түшүнүүгө да мүмкүндүк берди. макроскопиялык дүйнө.
Бул кванттык касиеттерге кванттык суперпозиция, кванттык туташуу жана кванттык телепортация кирет.
- Кванттык суперпозиция бөлүкчөнүн бир эле учурда ар кандай абалда болушун сүрөттөйт.
- Кванттык чырмалыш эки бөлүкчөлөрдү кантип "чаташкан" абалга алып келерин жана андан кийин, алардын физикалык алыстыгына карабастан, дээрлик бир эле учурда жооп кайтарарын сүрөттөйт. Башка сөз менен айтканда, алар каалагандай аралыкта жайгаштырылышы мүмкүн, жана бири менен өз ара аракеттенгенде, экинчиси ошол эле өз ара аракеттенет.
- Кванттык телепортация космостук саякатка муктаж болбостон, космостогу бир жерден экинчи жерге маалыматты жөнөтүү үчүн кванттык чырмалууну колдонот.
Кванттык эсептөө субатомдук табияттын ушул кванттык касиеттерине негизделген.
Бул учурда, микроскопиялык дүйнөнү кванттык механика аркылуу түшүнүү бизге адамдардын жашоосун жакшыртууга жөндөмдүү технологияларды ойлоп табууга жана долбоорлоого мүмкүндүк берет. Кванттык кубулуштарды колдонгон көптөгөн түрдүү технологиялар бар жана алардын айрымдары, мисалы, лазер же магниттик-резонанстык томография (MRI) жарым кылымдан ашык убакыттан бери колдонулуп келет.
Кванттык эсептөө деген эмне?
Кванттык компьютерлердин кантип иштээрин түшүнүү үчүн адегенде бул макалада санариптик же классикалык компьютерлер деп айтылган биз күнүмдүк колдонгон компьютерлер кантип иштээрин түшүндүрүп алуу пайдалуу. Булар, планшеттер же уюлдук телефондор сыяктуу башка бардык электрондук шаймандар сыяктуу, эс тутумдун негизги бирдиги катары биттерди колдонушат. Бул программалар жана тиркемелер биттерде, башкача айтканда, нөлдөрдүн жана бирдиктердин бинардык тилинде коддолгондугун билдирет.
Биз бул түзмөктөрдүн ар бири менен иштешкен сайын, мисалы, клавиатурадагы баскычты басуу аркылуу компьютерде нөлдөрдүн жана бирдиктердин саптары түзүлөт, жок кылынат жана/же өзгөртүлөт.
Кызыктуу суроо, бул нөлдөр жана компьютердин ичинде физикалык жактан эмнелер бар? Биттердин нөлдүк жана бир абалдары которгуч катары иштеген транзисторлор деп аталган микроскопиялык бөлүктөр аркылуу агып жаткан электр тогуна туура келет. Ток өтпөгөндө транзистор “өчүрүү” жана 0 битине туура келет, ал эми агып жатканда “күйгүзүлгөн” жана 1 битине туура келет.
Жөнөкөйлөштүрүлгөн формада 0 жана 1 биттери тешиктерге туура келгендей, бош тешик бир аз 0 жана электрон ээлеген тешик бир аз 1 болот. , келгиле, кванттык компьютерлер кантип иштээрин түшүнүүгө аракет кылалы.
Биттерден кубиттерге чейин
Кванттык эсептөөдө маалыматтын негизги бирдиги кванттык бит же кубит болуп саналат. Кубиттер, аныктамасы боюнча, эки деңгээлдүү кванттык системалар, алар бит сыяктуу эле, төмөнкү деңгээлде болушу мүмкүн, ал 0 деп аныкталган аз дүүлүктүрүү же энергия абалына туура келет; же жогорку дүүлүктүрүү абалына туура келген же 1 катары аныкталган жогорку деңгээлде.
Бирок, классикалык эсептөөлөрдөн негизги айырмачылык мына ушунда, кубиттер 0 менен 1дин ортосундагы чексиз сандагы аралык абалдардын каалаганында болушу мүмкүн, мисалы 0 жарым менен 1дин жарымы же 0дүн төрттөн үчү жана төрттөн бир бөлүгү. 1. Бул кубулуш кванттык суперпозиция катары белгилүү жана кванттык системаларда табигый көрүнүш.
Кванттык алгоритмдер: Экспоненциалдык жактан күчтүү жана эффективдүү эсептөө
Кванттык компьютерлердин максаты - кванттык системалар катары кубиттердин кванттык касиеттерин пайдалануу, классикалык караганда алда канча көбүрөөк иштетүү күчүн сунуштоо үчүн суперпозицияны жана чырмалууну колдонгон кванттык алгоритмдерди иштете алуу.
Чыныгы парадигманын жылышы санариптик же классикалык компьютерлер жасаган нерсени жасоодон эмес, көп макалалар жаңылыш айтылгандай тезирээк, тескерисинче, кванттык алгоритмдер кээ бир операцияларды жасоого мүмкүндүк берерин белгилей кетүү маанилүү. такыр башка жол менен аткарылган; Бул көбүнчө натыйжалуураак - башкача айтканда, бир топ аз убакытта же алда канча азыраак эсептөө ресурстарын колдонууда.
Бул эмнени билдирерин конкреттүү мисалга карап көрөлү. Келгиле, биз Сан-Францискодо экенибизди элестетип көрөлү жана ал жакка жетүү үчүн миллиондогон варианттардын ичинен Нью-Йоркко эң жакшы жол кайсы экенин билгибиз келет (N=1,000,000). Оптималдуу маршрутту табуу үчүн компьютерлерди колдоно алуу үчүн биз 1,000,000 XNUMX XNUMX вариантты санариптештирүүбүз керек, бул аларды классикалык компьютер үчүн бит тилине жана кванттык компьютер үчүн кубиттерге которууну билдирет.
Классикалык компьютер каалаган жолду тапканга чейин бардык жолдорду биринин артынан бири басып өтүшү керек болсо, кванттык компьютер кванттык параллелизм деп аталган процесстин артыкчылыктарын колдонот, ал негизинен бардык жолдорду бир эле учурда карап чыгууга мүмкүндүк берет. Бул кванттык компьютер колдонулган ресурстарды оптималдаштыруудан улам классикалык компьютерге караганда оптималдуу маршрутту алда канча тез табаарын билдирет.
Эсептөө жөндөмдүүлүгүндөгү айырмачылыктарды түшүнүү үчүн, n кубиттер менен биз 2 менен мүмкүн болгон нерсеге барабар кыла алабыз.n бит. Бул көбүнчө 2 менен деп айтылат70 кубиттер болсо, сиз кванттык компьютерде көбүрөөк базалык абалдарга ээ болушуңуз мүмкүн - бул ааламдагы атомдордун саны болжол менен 2 деп болжолдонгондон да көп түрдүү жана бир эле учурда символдор саптары.80. Дагы бир мисал, 2000ден 2500 кубитке чейинки кванттык компьютер менен сиз бүгүнкү күндө колдонулган бардык криптографияны (ачык ачкыч криптографиясы деп аталат) талкалай аласыз деп болжолдонууда.
Криптографияны колдонуунун көптөгөн артыкчылыктары бар өлчөмү эсептөө. Эгерде эки система таза чырмалышкан болсо, демек, алар бири-бири менен корреляцияланган (б.а. бири өзгөргөндө, экинчиси да өзгөрөт) жана эч бир үчүнчү тарап бул корреляцияны бөлүшпөйт.
Ала кетүү
Блокчейн, жасалма интеллект, дрондор, нерселердин интернети, виртуалдык реалдуулук, 5G, 3D принтерлер, роботтор же болбосо ар кандай өнүгүп келе жаткан технологиялар санариптик трансформациянын доорундабыз. автономдуу транспорт каражаттары бир нече тармактарда жана секторлордо барган сайын бар.
Өнүгүүнү тездетүү жана социалдык таасирди жаратып, адам жашоосунун сапатын жакшыртууга багытталган бул технологиялар учурда параллелдүү өнүгүүдө. Блокчейн жана IoT же дрондор сыяктуу эки же андан көп технологиялардын айкалыштарын пайдаланган өнүмдөрдү иштеп чыккан компанияларды сейрек гана көрөбүз. Жасалма интеллект.
Алар конвергенцияга жана ошентип экспоненциалдуу түрдө көбүрөөк таасир жаратууга дайындалганына карабастан, алар иштеп жаткан өнүгүүнүн алгачкы баскычы жана иштеп чыгуучулардын жана техникалык билими бар адамдардын жетишсиздиги конвергенция дагы эле күтүлүп жаткан маселе экенин билдирет.
Өзүнүн кыйратуучу потенциалынан улам, кванттык технологиялар бардык бул жаңы технологиялар менен жакындашып гана тим болбостон, алардын дээрлик бардыгына кеңири таасирин тийгизиши күтүлүүдө. Quantum эсептөө криптография киберкоопсуздук же блокчейн сыяктуу актуалдуураак ролду ойногон технологияларга көбүрөөк таасирин тийгизип, маалыматтардын аутентификациясына, алмашуусуна жана коопсуз сакталышына коркунуч келтирет.
Таштап Жооп