Содржина[Крие][Прикажи]
Квантното пресметување обработува податоци користејќи принципи на квантна механика. Како резултат на тоа, квантното пресметување бара поинаков пристап од класичното пресметување. Процесорот што се користи во квантните компјутери е еден пример за оваа разлика.
Додека традиционалните компјутери користат процесори базирани на силикон, квантните компјутери користат квантни системи како атоми, јони, фотони или електрони. Тие користат квантни карактеристики за да претставуваат битови кои можат да се создадат во различни квантни суперпозиции од 1 и 0.
Значи, што точно значи терминот „квантум“ во овој контекст? Дали е тоа значителен скок?
Терминот quantum потекнува од латинскиот збор quantum, што значи „количина“. Тоа е „дискретна количина на енергија пропорционална по големина на фреквенцијата на зрачењето што го претставува“ во физиката. Дискретно се однесува на нешто што не е ниту континуирано, ниту различно. Квантот се однесува на единствени или значителни количини во оваа смисла.
Што е квантно пресметување?
Квантна пресметка користи алгебарски методи за конструирање на алгоритми за пресметки, кои често се исти или слични на оние што се користат во квантната физика. Квантната механика, пак, се однесува на основната теорија на физиката која навлегува во објаснувањето на физичките квалитети на природата со големина на атомите и субатомските честички.
A квантен компјутер е на тој начин хипотетички компјутер способен да имплементира такви алгоритми. Како резултат на тоа, квантните компјутери се фундаментално засновани на квантни битови, познати и како кубити, кои можат да се создадат од еден електрон.
Квантниот материјал се однесува според правилата на квантната механика, користејќи поими како што се веројатностичко пресметување, суперпозиција и заплеткување. Овие идеи служат како основа за квантните алгоритми, кои ги користат можностите на квантните компјутери за да се справат со комплицирани проблеми.
Во оваа статија, ќе разговарам за сè што треба да знаете за квантното заплеткување.
Што е квантно заплеткување?
Квантното заплеткување настанува кога два системи се толку тесно поврзани што познавањето на едниот ви дава непосредно знаење за другиот, без разлика колку се оддалечени еден од друг.
Научниците како Ајнштајн беа збунети од овој феномен, кој тој го нарече „плашливо дејство на далечина“, бидејќи го прекрши правилото дека ниту една информација не може да се испрати побрзо од брзината на светлината. Меѓутоа, дополнителните експерименти со помош на фотони и електрони ја потврдија заплетката.
Заплетканоста е камен-темелник на квантното пресметување. Квантното заплеткување во физиката се однесува на многу силна врска помеѓу квантните честички. Оваа врска е толку силна што две или повеќе квантни честички можат незапирливо да се поврзат додека се разделени на огромни растојанија.
За дополнително да го сфатите ова, разгледајте едноставна споредба што не е поврзана со физиката или компјутерите. Размислете што би се случило доколку не се фрлат една, туку две монети. Обично, без разлика дали една паричка ќе слета на главите или на опашите, нема големо влијание врз исходот од второто фрлање.
Меѓутоа, во случај на заплеткување, двата дела се поврзани или заплеткани, без разлика дали се физички одвоени. Во овој случај, ако една монета слета на главите, втората монета исто така ќе ги прикаже главите, и обратно.
Разбирање на квантната испреплетеност (со пример)
Квантното заплеткување е навистина ситуација во која два системи (обично електрони или фотони) се толку тесно поврзани што стекнувањето информации за „состојбата“ на едниот систем (насоката на спинот на електронот, да речеме „Горе“) ќе даде моментално знаење за другиот систем. „состојба“ (правецот на спинот на вториот електрон, кажете „Долу“) без оглед на тоа колку се оддалечени овие системи.
Значајни се фразите „инстант“ и „без разлика колку се оддалечени“. Овој феномен ги збуни научниците како Ајнштајн, бидејќи состојбата не се дефинира додека не се измери, а преносот на информации му пркоси на правилото на класичната физика дека информациите не можат да се носат побрзо од брзината на светлината.
Сепак, испреплетеноста е докажано дека користи и фотони и електрони уште од 1980-тите, благодарение на истражувањето и тестирањето што започна во 1980-тите.
Може да се произведат две субатомски честички (електрони) за да можат да се опишат со една бранова функција. Заплеткувањето може да се постигне со еден метод со дозволување на матичната честичка со нула вртења да се распадне на две заплеткани честички ќерка со еднакви, но спротивни вртења.
Ако две ќерки честички не комуницираат со ништо, нивните бранови функции ќе останат еднакви и спротивставени без разлика колку се оддалечени една од друга. Научниците со тестирање утврдија дека времето на заплеткување немало влијание врз информацијата.
Наместо тоа, информациите се испраќаат до другата честичка со брзина поголема од брзината на светлината само кога се мерат информациите на едната честичка.
Како резултат на тоа, информациите течат со ова темпо. Но, ние немаме контрола над тоа - овој недостаток на контрола ја ограничува употребата на Quantum Entanglement, како што е испраќање порака или други информации побрзо од брзината на светлината.
Каква улога игра заплетот во квантното пресметување?
Промената на состојбата на заплетен кјубит моментално ја менува состојбата на спарениот кјубит во квантните компјутери. Како резултат на тоа, заплеткувањето ја забрзува брзината на обработка на квантните компјутери.
Бидејќи обработката на еден кјубит открива информации за бројни кубити, удвојувањето на бројот на кубити не мора да го зголемува бројот на процеси (т.е. заплетканите кјубити).
Квантното заплеткување, според студиите, е потребно за квантен алгоритам да испорача експоненцијално забрзување над класичните пресметки.
Апликации за заплеткување во квантното пресметување
Неколку апликации можат да имаат корист од оваа единствена физичка карактеристика, која ќе ја промени нашата сегашност и иднина. Квантното шифрирање, супергустото кодирање, можеби побрз пренос од светлината, па дури и телепортацијата може да бидат овозможени со заплеткување.
Квантните компјутери имаат потенцијал да се справат со предизвиците кои бараат време и да обработуваат енергија во различни индустрии, вклучувајќи ги финансиите и банкарството.
Квантното заплеткување е феномен кој може да им помогне на таквите компјутери со намалување на количината на време и процесорска моќ потребна за справување со протокот на податоци помеѓу нивните кјубити.
1. Квантна криптографија
Во класичната криптографија, испраќачот ја шифрира пораката со еден клуч, додека примачот ја дешифрира со споделениот клуч. Сепак, постои опасност трето лице да добие знаење за клучевите и да може да пресретне и да ја поткопа криптографијата.
Создавањето безбеден канал помеѓу двете страни е камен-темелник на нераскинлива криптографија. Заплеткувањето може да го предизвика ова. Бидејќи двата системи се заплеткани, тие се меѓусебно поврзани (кога едниот се менува, се менува и другиот), и ниту една трета страна нема да ја сподели оваа корелација.
Квантната криптографија, исто така, има корист од не-клонирање, што значи дека е невозможно да се генерира идентична реплика на непозната квантна состојба. Како резултат на тоа, невозможно е да се реплицираат податоците кодирани во квантна состојба.
Со непробојна дистрибуција на квантен клуч, веќе е реализирана квантната криптографија (QKD). QKD користи случајно поларизирани фотони за да ги пренесе информациите за клучот. Примачот го дешифрира клучот користејќи поларизирачки филтри и техниката што се користи за шифрирање на пораката.
Тајните податоци сè уште се пренесуваат преку стандардни комуникациски линии, но само точниот квантен клуч може да ја декодира пораката. Бидејќи „читањето“ на поларизираните фотони ги менува нивните состојби, секое прислушување ги предупредува комуникаторите за упадот.
Технологијата QKD во моментов е ограничена со кабел со оптички влакна, кој може да испорача фотон на околу 100 километри пред да стане премногу слаб за да го прими. Во 2004 година, во Австрија се случи првиот заплетен QKD банкарски трансфер.
Да се осигураме дека преносот на нераскинливи и отпорни на манипулации комуникации кои се докажано безбедни врз основа на физички принципи има очигледна примена во финансиите, банкарството, војската, медицинскиот и други сектори. Неколку бизниси сега користат заплеткана QKD.
2. Квантна телепортација
Квантната телепортација е исто така метод за пренос на квантни информации помеѓу две страни, како што се фотони, атоми, електрони и суперспроводливи кола. Според истражувањата, телепортацијата им овозможува на QC да работат паралелно додека користат помалку електрична енергија, намалувајќи ја потрошувачката на енергија за 100 до 1000 пати.
Разликата помеѓу квантната телепортација и квантната криптографија е како што следува:
- Размена на квантна телепортација Преку класичен канал, се испраќаат „квантни“ информации.
- Размена на квантна криптографија Преку квантен канал, се испраќаат „класични“ информации.
Потребите за енергија на квантните компјутери генерираат топлина, што е предизвик со оглед на тоа што тие мора да работат на толку ниски температури. Телепортацијата има потенцијал да доведе до решенија за дизајн што ќе го забрзаат развојот на квантното пресметување.
3. Биолошки систем
Човечкото тело, како и сите суштества, постојано се менува поради интеракцијата на милиони хемиски и биолошки процеси. До неодамна, се претпоставуваше дека се линеарни, со „А“ што води до „Б“. Сепак, квантната биологија и биофизиката открија огромна количина на кохерентност во биолошките системи, при што QE игра улога.
Начинот на различните подединици на протеински структури се спакувани заедно е развиен за да овозможи одржливо квантно заплеткување и кохерентност. Квантната биологија сè уште е теоретска тема со различни неодговорени грижи; кога ќе се решат, апликациите во медицината ќе станат сè повидливи.
Квантното пресметување, во теорија, може подобро да личи на природата (со симулирање на атомско поврзување) и квантните биолошки системи отколку класичните компјутери.
4. Супергусто кодирање
Супергусто кодирање е метод за пренос на два конвенционални бита на информации користејќи еден заплетен кјубит. Код кој е супер-густ може:
- Дозволува корисникот да испрати половина од потребното за реконструкција на класична порака пред време, овозможувајќи му на корисникот да комуницира со двојно поголема брзина додека не истечат претходно доставените кјубити.
- Капацитетот на двонасочниот квантен канал во една насока е двојно зголемен.
- Претворете го пропусниот опсег со висока латентност во пропусен опсег со ниска латентност со пренесување на половина од податоците преку каналот со висока латентност за поддршка на податоците што доаѓаат преку каналот со ниска латентност.
Секоја генерација на комуникација бара повеќе пренос на податоци. Споредливо зголемување на информациите ќе биде можно со супергусто кодирање.
Заклучок
Квантното заплеткување може да ни овозможи да работиме со податоци на претходно незамисливи начини. Со интегрирање на квантното пресметување со испреплетеноста, ќе можеме да одговориме на прашања кои бараат огромно количество податоци на поефикасен и побезбеден начин.
Со додавање на биолошки и астрономски апликации, QE може да се користи за да одговори на прашањата за кои луѓето долго размислувале: од каде дојдовме и како започна сето тоа?
Колку повеќе напредува технологијата, толку повеќе апликации ќе најдеме за неа - тоа има огромно ветување!
Оставете Одговор