Дигиталната трансформација го менува светот побрзо од кога било досега. Учењето за клучните концепти на дигиталната ера ќе стане уште покритично со претстојното доаѓање на уште еден нов бран на технологија способен да ги трансформира постоечките модели со неверојатна брзина и моќ: квантно пресметување.
Во оваа статија, ги споредуваме основните концепти на традиционалното пресметување и квантното пресметување, а исто така започнуваме да ја истражуваме нивната примена во различни области.
Кои се квантните својства?
Низ историјата, луѓето ја развиле технологијата додека го разбрале функционирањето на природата преку науката. Помеѓу 1900-тите и 1930-тите, проучувањето на некои физички феномени кои сè уште не беа добро разбрани, доведе до нова физичка теорија: Квантна механика. Оваа теорија го опишува и објаснува функционирањето на микроскопскиот свет, природното живеалиште на молекулите, атомите и електроните.
Не само што успеа да ги објасни овие феномени, туку исто така овозможи да се разбере дека субатомската реалност функционира на сосема контраинтуитивен, речиси магичен начин и дека настаните се случуваат во микроскопскиот свет што не се случуваат во макроскопски свет.
Овие квантни својства вклучуваат квантна суперпозиција, квантно заплеткување и квантна телепортација.
- Квантна суперпозиција опишува како една честичка може да биде во различни состојби во исто време.
- Квантна заплетканост опишува како две честички може да се доведат во „заплеткана“ состојба и, после тоа, да реагираат речиси истовремено на ист начин, и покрај нивното физичко растојание. Со други зборови, тие можат да се постават колку што сакате, и кога се во интеракција со едниот, другиот реагира на истата интеракција.
- Квантна телепортација користи квантно заплеткување за испраќање информации од едно место во вселената на друго без потреба да патува низ вселената.
Квантното пресметување се заснова на овие квантни својства од субатомска природа.
Во овој случај, денешното разбирање на микроскопскиот свет преку квантната механика ни овозможува да измислиме и дизајнираме технологии способни да го подобрат животот на луѓето. Постојат многу различни технологии кои користат квантни феномени, а некои од нив, како што се ласерите или магнетната резонанца (МРИ), постојат повеќе од половина век.
Што е квантно пресметување?
За да разбереме како функционираат квантните компјутери, корисно е прво да објасниме како работат компјутерите што ги користиме секој ден, наведени во оваа статија како дигитални или класични компјутери. Овие, како и сите други електронски уреди како што се таблетите или мобилните телефони, користат битови како нивни основни единици на меморија. Тоа значи дека програмите и апликациите се кодирани во битови, односно во бинарен јазик од нули и единици.
Секој пат кога комуницираме со некој од овие уреди, на пример со притискање на копче на тастатурата, низи од нули и единици се создаваат, уништуваат и/или менуваат во компјутерот.
Интересното прашање е, какви се овие нули и единици физички во компјутерот? Нулата и едната состојба на битовите одговараат на електричната струја што тече или не, низ микроскопските делови наречени транзистори, кои дејствуваат како прекинувачи. Кога не тече струја, транзисторот е „исклучен“ и одговара на бит 0, а кога тече, тој е „вклучен“ и одговара на бит 1.
Во поедноставена форма, како битови 0 и 1 да одговараат на дупки, така што празна дупка е малку 0, а дупка окупирана од електрон е малку 1. Сега кога имаме идеја за тоа како работат денешните компјутери , ајде да се обидеме да разбереме како работат квантните компјутери.
Од битови до кјубити
Основната единица на информации во квантното пресметување е квантниот бит или кјубит. Кубитите се, по дефиниција, квантни системи со две нивоа кои, како битови, можат да бидат на ниско ниво, што одговара на состојба на ниска возбуда или енергија дефинирана како 0; или на високо ниво, што одговара на состојба на повисоко возбудување или дефинирано како 1.
Сепак, и тука лежи фундаменталната разлика со класичното пресметување, кјубитите исто така можат да бидат во која било од бесконечен број средни состојби помеѓу 0 и 1, како состојба која е половина 0 и половина 1, или три четвртини од 0 и една четвртина од 1. Овој феномен е познат како квантна суперпозиција и е природен во квантните системи.
Квантни алгоритми: Експоненцијално помоќно и поефикасно пресметување
Целта на квантните компјутери е да ги искористат предностите на овие квантни својства на кјубитите, како квантни системи, за да можат да извршуваат квантни алгоритми кои користат суперпозиција и заплеткување за да понудат многу поголема процесорска моќ од класичните.
Важно е да се истакне дека вистинската промена на парадигмата не се состои од правење на истото што го прават дигиталните или класичните компјутери - сегашните -, туку побрзо, како што многу статии погрешно тврдат, туку дека квантните алгоритми дозволуваат одредени операции да бидат изведена на сосема поинаков начин; тоа често е поефикасно - односно за многу помалку време или користење на многу помалку пресметковни ресурси-.
Ајде да погледнеме конкретен пример за тоа што значи ова. Да замислиме дека сме во Сан Франциско и сакаме да знаеме која е најдобрата рута до Њујорк од милион опции за да стигнеме таму (N=1,000,000). За да можеме да користиме компјутери за да ја најдеме оптималната рута, треба да дигитализираме 1,000,000 опции, што подразбира нивно преведување на бит јазик за класичниот компјутер и во кубити за квантниот компјутер.
Додека класичниот компјутер би требало да ги помине сите патеки еден по еден додека не ја најде саканата, квантниот компјутер ја користи предноста на процесот познат како квантен паралелизам што му овозможува, во суштина, да ги разгледа сите патеки одеднаш. Ова имплицира дека квантниот компјутер ќе ја најде оптималната рута многу побрзо од класичниот компјутер, поради оптимизацијата на искористените ресурси.
За да ги разбереме разликите во пресметковниот капацитет, со n кјубити можеме да направиме еквивалент на она што би било можно со 2n битови. Често се вели дека со околу 270 кјубити може да имате повеќе базни состојби во квантен компјутер - повеќе различни и симултани низи од знаци - отколку бројот на атоми во универзумот, кој се проценува дека е околу 280. Друг пример е дека се проценува дека со квантен компјутер од 2000 до 2500 кјубити може да се скрши практично целата криптографија што се користи денес (позната како криптографија со јавен клуч).
Што се однесува до криптографијата, постојат бројни предности за користење квантно пресметување. Ако два системи се чисто заплеткани, тоа значи дека тие се во корелација еден со друг (т.е. кога едниот се менува, се менува и другиот) и ниту една трета страна не ја дели оваа корелација.
Земе
Ние сме во време на дигитална трансформација во која различни новите технологии како што се блокчејн, вештачка интелигенција, дронови, Интернет на нештата, виртуелна реалност, 5G, 3D печатачи, роботи или автономни возила се повеќе се присутни во повеќе полиња и сектори.
Овие технологии, кои треба да го подобрат квалитетот на човечкиот живот преку забрзување на развојот и генерирање на социјално влијание, моментално напредуваат паралелно. Само ретко гледаме компании кои развиваат производи кои користат комбинации на две или повеќе од овие технологии, како што се блокчејн и IoT или беспилотни летала и вештачка интелигенција.
Иако тие се предодредени да се спојуваат и на тој начин да генерираат експоненцијално поголемо влијание, раната фаза на развој во која се наоѓаат и недостигот на програмери и луѓе со техничко потекло значи дека конвергенциите се сè уште нерешена задача.
Поради нивниот нарушувачки потенцијал, се очекува квантните технологии не само да се спојуваат со сите овие нови технологии, туку и да имаат широко влијание на буквално сите нив. Квантна пресметка ќе ја загрози автентикацијата, размената и безбедното складирање на податоци, имајќи поголемо влијание врз оние технологии во кои криптографијата игра порелевантна улога, како што се сајбер безбедноста или блокчејнот.
Оставете Одговор