Digital Transformatioun ännert d'Welt méi séier wéi jee virdrun. Léieren iwwer d'Schlësselkonzepter vun der digitaler Zäit wäert nach méi kritesch ginn mat der bevirsteeter Arrivée vun enger anerer neier Welle vun Technologie, déi fäeg ass existéierend Modeller mat erstaunlecher Geschwindegkeet a Kraaft ze transforméieren: Quantecomputer.
An dësem Artikel vergläiche mir d'Basiskonzepter vum traditionelle Computing a Quantecomputer, a fänken och un hir Uwendung a verschiddene Beräicher ze entdecken.
Wat sinn Quanteneigenschaften?
Duerch d'Geschicht hunn d'Mënschen Technologie entwéckelt wéi se d'Aarbechte vun der Natur duerch d'Wëssenschaft verstinn. Tëscht den 1900er an 1930er huet d'Studie vun e puer physikalesche Phänomener, déi nach net gutt verstanen sinn, eng nei physesch Theorie entstanen: Quantemechanik. Dës Theorie beschreift an erkläert d'Aarbecht vun der mikroskopescher Welt, dem natierlechen Liewensraum vu Molekülen, Atomer an Elektronen.
Net nëmmen konnt et dës Phänomener erklären, mee et huet et och méiglech gemaach ze verstoen datt d'subatomesch Realitéit op eng komplett kontra-intuitiv, bal magesch Manéier funktionéiert, an datt Evenementer an der mikroskopescher Welt stattfannen, déi net an der makroskopesch Welt.
Dës Quanteeigenschaften enthalen d'Quantesuperpositioun, d'Quantenverstrengung a d'Quantenteleportatioun.
- Quantesuperpositioun beschreift wéi e Partikel a verschiddene Staaten zur selwechter Zäit ka sinn.
- Quantephysik Entanglement beschreift wéi zwee Partikelen an e "verwéckelte" Zoustand bruecht kënne ginn an duerno trotz hirer kierperlecher Distanz bal gläichzäiteg op déiselwecht Manéier reagéieren. An anere Wierder, si kënne sou wäit ausernee gesat ginn wéi gewënscht, a wann se mat engem interagéieren, reagéiert deen aneren op déiselwecht Interaktioun.
- Quante Teleportatioun benotzt Quanteverbesserung fir Informatioun vun enger Plaz am Weltraum op eng aner ze schécken ouni d'Notzung duerch de Weltraum ze reesen.
Quanteberechenung baséiert op dëse Quanteneigenschaften vun der subatomescher Natur.
An dësem Fall erlaabt d'haut Verständnis vun der mikroskopescher Welt duerch Quantemechanik eis Technologien ze erfannen an ze designen, déi fäeg sinn d'Liewe vun de Leit ze verbesseren. Et gi vill verschidden Technologien déi Quantephenomener benotzen, an e puer vun hinnen, wéi Laser oder Magnéitesch Resonanz Imaging (MRI), si scho méi wéi en halleft Joerhonnert.
Wat ass Quantecomputer?
Fir ze verstoen wéi Quantecomputer funktionnéieren, ass et nëtzlech fir d'éischt z'erklären wéi d'Computeren déi mir all Dag benotzen, an dësem Artikel als digital oder klassesch Computer bezeechent, funktionnéieren. Dës, wéi all aner elektronesch Apparater wéi Pëllen oder Handyen, benotzen Bits als hir fundamental Erënnerungsunitéiten. Dëst bedeit datt Programmer an Uwendungen a Bits kodéiert sinn, also an enger binärer Sprooch vun Nullen an Engen.
All Kéier wann mir mat engem vun dësen Apparater interagéieren, zum Beispill andeems Dir e Schlëssel op der Tastatur dréckt, ginn Strings vun Nullen an déi am Computer erstallt, zerstéiert an / oder geännert.
Déi interessant Fro ass, wat sinn dës Nullen an déi kierperlech am Computer? D'Null- an een-Staate vun de Bits entspriechen dem elektresche Stroum, deen duerch mikroskopesch Deeler, genannt Transistoren, fléisst oder net, déi als Schalter handelen. Wa kee Stroum fléisst, ass den Transistor "aus" a entsprécht e Bit 0, a wann et fléisst, ass en "on" a entsprécht engem Bit 1.
An enger méi vereinfachter Form ass et wéi wann d'Bits 0 an 1 Lächer entspriechen, sou datt en eidelt Lach e bëssen 0 ass an e Lach dat vun engem Elektron besat ass e bëssen 1. Elo hu mir eng Iddi wéi d'Computeren vun haut funktionnéieren. , Loosst eis probéieren ze verstoen wéi Quantecomputer funktionnéieren.
Vun Bits bis Qubits
Déi fundamental Eenheet vun Informatioun am Quanteberechenung ass de Quantebit oder Qubit. Qubits sinn per Definitioun zwee-Niveau Quantesystemer déi, wéi Bits, um nidderegen Niveau kënne sinn, wat zu engem Zoustand vu gerénger Excitatioun oder Energie entsprécht als 0 definéiert; oder um héijen Niveau, wat zu engem Zoustand vu méi héijer Excitatioun entsprécht oder als 1 definéiert ass.
Wéi och ëmmer, an hei läit de fundamentalen Ënnerscheed mam klassesche Rechen, kënnen Qubits och an enger onendlecher Unzuel vun Zwëschenzoustand tëscht 0 an 1 sinn, sou wéi e Staat deen hallef 0 an en halleft 1 ass, oder dräi Véierel vun 0 an engem Véierel. vun 1. Dëst Phänomen ass bekannt als quantum superposition an ass natierlech an quantum Systemer.
Quantenalgorithmen: Exponentiell méi mächteg an effizient Informatik
Den Zweck vu Quantecomputer ass et, vun dëse Quanteneigenschaften vu Qubits, als Quantesystemer, ze profitéieren, fir Quantenalgorithmen auszeféieren déi Superpositioun an Entanglement benotzen fir vill méi grouss Veraarbechtungskraaft ze bidden wéi déi klassesch.
Et ass wichteg ze bemierken datt de richtege Paradigmewiessel net aus der selwechter Saach besteet, wéi digital oder klassesch Computeren - déi aktuell - maachen, awer méi séier, wéi vill Artikele falsch behaapten, mä éischter datt Quantenalgorithmen et erlaben datt verschidden Operatiounen gemaach ginn. op eng ganz aner Manéier duerchgefouert; dat ass dacks méi effizient - dat ass, a vill manner Zäit oder vill manner computational Ressourcen benotzt -.
Loosst eis e konkret Beispill kucken wat dat bedeit. Loosst eis virstellen datt mir zu San Francisco sinn a mir wëllen wëssen wat de beschte Wee op New York ass aus enger Millioun Optiounen fir dohinner ze kommen (N=1,000,000). Fir fäeg sinn Computeren ze benotzen fir den optimale Wee ze fannen, musse mir 1,000,000 Optiounen digitaliséieren, wat implizéiert se an Bitsprooch fir de klassesche Computer an Qubits fir de Quantecomputer ze iwwersetzen.
Wärend e klassesche Computer all d'Weeër een nom aneren duerchgoe muss bis en dee gewënschte fënnt, profitéiert e Quantecomputer vun engem Prozess bekannt als Quanteparallelismus, deen et erlaabt, am Wesentlechen all Weeër op eemol ze berücksichtegen. Dëst implizéiert datt de Quantecomputer den optimale Wee vill méi séier fënnt wéi de klassesche Computer, wéinst der Optimiséierung vun de benotzte Ressourcen.
Fir d'Ënnerscheeder an der Berechnungskapazitéit ze verstoen, kënne mir mat n Qubits d'Äquivalent maachen zu deem wat méiglech wier mat 2n Stécker. Et gëtt dacks gesot datt mat ongeféier 270 Qubits kéint Dir méi Basiszoustand an engem Quantecomputer hunn - méi verschidde a gläichzäiteg Saiten vu Charaktere - wéi d'Zuel vun den Atomer am Universum, déi op ongeféier 2 geschat gëtt80. En anert Beispill ass datt et geschat gëtt datt mat engem Quantecomputer tëscht 2000 an 2500 Qubits praktesch all déi Kryptografie déi haut benotzt gëtt (bekannt als ëffentlech Schlësselkryptographie) briechen.
Wat d'Kryptographie ugeet, ginn et vill Virdeeler fir ze benotzen Quanten Informatik. Wann zwee Systemer reng verwéckelt sinn, heescht dat, datt se matenee korreléiert sinn (dh wann een sech ännert, ännert deen aneren och) a keng Drëtt Partei deelt dës Korrelatioun.
Fir matzehuelen
Mir sinn an enger Zäit vun der digitaler Transformatioun an där verschidden opkomende Technologien wéi Blockchain, kënschtlech Intelligenz, Dronen, Internet of Things, virtuell Realitéit, 5G, 3D Dréckeren, Roboteren oder autonom Autoen sinn ëmmer méi a ville Beräicher a Secteuren präsent.
Dës Technologien, déi d'Qualitéit vum mënschleche Liewen verbesseren andeems d'Entwécklung beschleunegt a sozialen Impakt generéiert, fuere momentan parallel weider. Nëmme selten gesi mir Firmen Produkter entwéckelen déi Kombinatioune vun zwee oder méi vun dësen Technologien ausnotzen, wéi Blockchain an IoT oder Dronen an Kënschtlech Intelligenz.
Iwwerdeems si bestëmmt sinn ze konvergéieren an domat exponentiell méi groussen Impakt generéieren, déi fréi Etapp vun Entwécklung si an der Knappheet vun Entwéckler a Leit mat techneschen Hannergrënn bedeiten, datt Konvergenzen nach ëmmer eng ofwaarden Aufgab sinn.
Wéinst hirem disruptive Potenzial gëtt erwaart datt Quantentechnologien net nëmme mat all dësen neien Technologien konvergéieren, awer och e breeden Afloss op quasi all hunn. Quantemechner wäert d'Authentifikatioun, d'Austausch a d'Séchert Späichere vun Daten bedrohen, e méi groussen Impakt op dës Technologien hunn, an deenen d'Kryptographie eng méi relevant Roll spillt, wéi Cybersecurity oder Blockchain.
Hannerlooss eng Äntwert