Дижитал өөрчлөлт нь дэлхийг урьд өмнөхөөсөө илүү хурдан өөрчилж байна. Одоо байгаа загваруудаа гайхалтай хурд, хүч чадалтайгаар хувиргах технологийн өөр нэг шинэ давалгаа удахгүй ирэх тусам дижитал эрин үеийн гол ойлголтуудын талаар суралцах нь бүр ч чухал болох болно: квант тооцоолол.
Энэ нийтлэлд бид уламжлалт тооцоолол ба квант тооцооллын үндсэн ойлголтуудыг харьцуулж, мөн тэдгээрийн өөр өөр салбарт хэрэглэгдэхүүнийг судалж эхэлнэ.
Квантын шинж чанарууд юу вэ?
Түүхийн туршид хүн төрөлхтөн байгалийн үйл ажиллагааг шинжлэх ухаанаар дамжуулан ойлгож мэдсэнээр технологийг хөгжүүлсээр ирсэн. 1900-1930-аад оны хооронд хараахан сайн ойлгогдоогүй байсан физикийн зарим үзэгдлийг судалснаар Квантын механик хэмээх шинэ физик онолыг бий болгосон. Энэхүү онол нь микроскоп ертөнцийн үйл ажиллагаа, молекул, атом, электронуудын байгалийн амьдрах орчныг тайлбарлаж, тайлбарладаг.
Энэ нь эдгээр үзэгдлүүдийг тайлбарлаад зогсохгүй, атомын доорх бодит байдал нь бүрэн эсрэг тэсрэг, бараг ид шидийн аргаар ажилладаг, мөн бичил харуурын ертөнцөд тохиолддоггүй үйл явдлууд байдаг гэдгийг ойлгох боломжийг олгосон юм. макроскоп ертөнц.
Эдгээр квант шинж чанарууд нь квантын суперпозиция, квантын орооцолдол, квантын телепортацийг агуулдаг.
- Квантын суперпозиция бөөмс хэрхэн нэгэн зэрэг өөр өөр төлөвт байж болохыг дүрсэлдэг.
- Квантын орооцолдол Энэ нь хоёр бөөмсийг хэрхэн "орозогдсон" төлөвт аваачиж, үүний дараа физикийн зайнаас үл хамааран бараг нэгэн зэрэг хариу үйлдэл үзүүлэхийг дүрсэлдэг. Өөрөөр хэлбэл, тэдгээрийг бие биенээсээ хүссэн хэмжээгээр байрлуулж болох бөгөөд нэгтэй нь харьцах үед нөгөө нь тэрхүү харилцан үйлчлэлд хариу үйлдэл үзүүлдэг.
- Квантын телефон утас сансар огторгуйд аялах шаардлагагүйгээр мэдээллийг сансарт нэг газраас нөгөө рүү илгээхийн тулд квант орооцолдолтыг ашигладаг.
Квантын тооцоолол нь субатомын байгалийн квант шинж чанарууд дээр суурилдаг.
Энэ тохиолдолд бичил харуурын ертөнцийг Квантын механикаар дамжуулан ойлгох өнөөгийн ойлголт нь хүмүүсийн амьдралыг сайжруулах чадвартай технологийг зохион бүтээх, зохион бүтээх боломжийг бидэнд олгодог. Квантын үзэгдлийг ашигладаг олон янзын технологи байдаг бөгөөд тэдгээрийн зарим нь лазер эсвэл соронзон резонансын дүрслэл (MRI) нь хагас зуу гаруй жилийн өмнөөс бий болсон.
Квантын тооцоолол гэж юу вэ?
Квантын компьютер хэрхэн ажилладагийг ойлгохын тулд эхлээд энэ нийтлэлд тоон эсвэл сонгодог компьютер гэж дурдсан бидний өдөр тутам ашигладаг компьютерууд хэрхэн ажилладагийг тайлбарлах нь зүйтэй. Эдгээр нь таблет эсвэл гар утас зэрэг бусад бүх электрон төхөөрөмжүүдийн нэгэн адил битийг санах ойн үндсэн нэгж болгон ашигладаг. Энэ нь программууд болон хэрэглээний программуудыг битээр, өөрөөр хэлбэл тэг болон нэгийн хоёртын хэлээр кодлодог гэсэн үг юм.
Эдгээр төхөөрөмжүүдийн аль нэгтэй нь харьцах бүрт, жишээлбэл, гар дээрх товчлуурыг дарснаар компьютер дотор тэг болон нэгийн мөрүүдийг үүсгэж, устгаж, өөрчилдөг.
Сонирхолтой асуулт бол компьютер доторх эдгээр тэг ба нэг нь юу вэ? Битүүдийн тэг ба нэг төлөв нь шилжүүлэгчийн үүрэг гүйцэтгэдэг транзистор гэж нэрлэгддэг микроскопийн хэсгүүдээр дамждаг цахилгаан гүйдэлтэй тохирч байна. Гүйдэл байхгүй үед транзистор нь "унтарсан" ба 0-ийн бит, урсах үед "асаалттай" бөгөөд бит 1-тэй тохирч байна.
Илүү хялбаршуулсан хэлбэрээр 0 ба 1 битүүд нүхтэй тохирч байгаа юм шиг хоосон нүх нь 0, электрон эзэлсэн нүх нь бит 1 байна. Одоо бид өнөөгийн компьютер хэрхэн ажилладаг талаар ойлголттой болсон. , квант компьютер хэрхэн ажилладагийг ойлгохыг хичээцгээе.
Битээс кубит хүртэл
Квантын тооцооллын мэдээллийн үндсэн нэгж нь квант бит буюу кубит юм. Кубит нь битийн нэгэн адил бага түвшинд байж болох хоёр түвшний квант систем бөгөөд энэ нь 0-ээр тодорхойлогдсон бага өдөөлт эсвэл энергийн төлөвт нийцдэг; эсвэл өндөр өдөөлтийн төлөвтэй тохирч байгаа эсвэл 1-ээр тодорхойлогдсон өндөр түвшинд байна.
Гэсэн хэдий ч сонгодог тооцооллын үндсэн ялгаа нь энд оршдог бөгөөд кубит нь 0-ээс 1 хүртэлх хязгааргүй тооны завсрын төлөвийн аль нэгэнд байж болно, тухайлбал 0-ийн хагас ба 1-ийн дөрөвний гурав, 0-ийн дөрөвний гурав ба дөрөвний нэг нь нь 1. Энэ үзэгдлийг квант суперпозиция гэж нэрлэдэг бөгөөд квант системд байгалийн үзэгдэл юм.
Квантын алгоритмууд: Экспоненциалаар илүү хүчирхэг, үр ашигтай тооцоолол
Квантын компьютеруудын зорилго нь квант системийн эдгээр квант шинж чанаруудын давуу талыг ашиглан суперпозици болон орооцолдолтыг ашигладаг квант алгоритмуудыг ажиллуулж, сонгодог хувилбаруудаас хамаагүй илүү боловсруулах хүчийг санал болгодог.
Бодит парадигмын шилжилт нь дижитал эсвэл сонгодог компьютеруудын хийдэг зүйлтэй ижил зүйлийг хийхээс бүрдэх биш, харин олон нийтлэлд алдаатай мэдэгддэг шиг илүү хурдан гэдгийг онцлон тэмдэглэх нь зүйтэй. огт өөр аргаар гүйцэтгэсэн; Энэ нь ихэвчлэн илүү үр дүнтэй байдаг - өөрөөр хэлбэл хамаагүй бага хугацаанд эсвэл харьцангуй бага тооцооллын нөөц ашигладаг.
Энэ нь юу гэсэн үг болохыг тодорхой жишээгээр харцгаая. Бид Сан Францискод байна гэж төсөөлөөд үз дээ, тэнд очих сая сая сонголтоос (N=1,000,000) Нью Йорк хүрэх хамгийн тохиромжтой зам аль нь болохыг мэдэхийг хүсч байна. Хамгийн оновчтой замыг олохын тулд компьютер ашиглахын тулд бид 1,000,000 хувилбарыг дижитал хэлбэрт оруулах шаардлагатай бөгөөд энэ нь тэдгээрийг сонгодог компьютерийн хувьд бит хэл рүү, квант компьютерийн хувьд кубит болгон хөрвүүлнэ гэсэн үг юм.
Сонгодог компьютер хүссэнээ олох хүртлээ бүх замыг нэг нэгээр нь туулах шаардлагатай байдаг бол квант компьютер нь үндсэндээ бүх замыг нэг дор авч үзэх боломжийг олгодог квант параллелизм гэж нэрлэгддэг процессын давуу талыг ашигладаг. Энэ нь ашигласан нөөцийг оновчтой болгосноор квант компьютер нь сонгодог компьютерээс хамаагүй хурдан оновчтой замыг олох болно гэсэн үг юм.
Тооцооллын хүчин чадлын ялгааг ойлгохын тулд бид n кубитын тусламжтайгаар 2-той тэнцэхүйц зүйлийг хийж чадна.n битүүд. Ойролцоогоор 2-той гэж ихэвчлэн хэлдэг70 квантуудын хувьд та квант компьютерт орчлон ертөнцийн 2 орчим атомын тооноос илүү олон үндсэн төлөвтэй байж болох юм - илүү өөр, нэгэн зэрэг тэмдэгтийн мөрүүд.80. Өөр нэг жишээ бол 2000-аас 2500 кубитийн багтаамжтай квант компьютерын тусламжтайгаар та өнөөдөр ашиглаж буй бараг бүх криптографийг (нийтийн түлхүүрийн криптограф гэж нэрлэдэг) эвдэж чадна гэсэн тооцоо байдаг.
Криптографийн хувьд ашиглах нь олон давуу талтай байдаг квант тооцоолол. Хэрэв хоёр систем цэвэр орооцолдсон бол тэдгээр нь хоорондоо хамааралтай (өөрөөр хэлбэл нэг нь өөрчлөгдөхөд нөгөө нь бас өөрчлөгддөг) бөгөөд энэ хамаарлыг гуравдагч этгээд хуваалцахгүй гэсэн үг юм.
Хийсэн гурвалсан
Бид блокчэйн, хиймэл оюун ухаан, дрон, зүйлсийн интернет, виртуал бодит байдал, 5G, 3D принтер, робот гэх мэт шинээр гарч ирж буй технологиудын дижитал өөрчлөлтийн цаг үед байна. бие даасан тээврийн хэрэгсэл олон салбар, салбарт улам бүр нэмэгдсээр байна.
Хөгжлийг хурдасгаж, нийгэмд үзүүлэх нөлөөллийг бий болгосноор хүний амьдралын чанарыг дээшлүүлэх зорилготой эдгээр технологиуд одоогоор зэрэгцээ хөгжиж байна. Блокчэйн, IoT, дрон гэх мэт эдгээр хоёр буюу түүнээс дээш технологийн хослолыг ашигладаг бүтээгдэхүүн боловсруулж буй компаниудыг бид ховорхон хардаг. хиймэл оюун.
Тэдгээр нь нэгдэж, улмаар илүү их нөлөө үзүүлэх хувь тавилантай хэдий ч хөгжлийн эхний үе шат, хөгжүүлэгчид болон техникийн мэдлэгтэй хүмүүсийн хомсдол нь нэгдэх ажил хүлээгдэж буй ажил хэвээр байгааг харуулж байна.
Квантын технологи нь эдгээр бүх шинэ технологитой нэгдэж зогсохгүй бараг бүгдэд нь өргөн нөлөө үзүүлэх нь тэдний эвдрэлийн боломжийн улмаас хүлээгдэж байна. Квантын тооцоолол Мэдээллийг баталгаажуулах, солилцох, аюулгүй хадгалахад заналхийлж, кибер аюулгүй байдал эсвэл блокчэйн гэх мэт криптограф илүү чухал үүрэг гүйцэтгэдэг технологиудад илүү их нөлөө үзүүлэх болно.
хариу үлдээх