Гарчиг[Нуух][Үзүүлэх]
Квантын тооцоолол нь квант механикийн зарчмуудыг ашиглан өгөгдлийг боловсруулдаг. Үүний үр дүнд квант тооцоолол нь сонгодог тооцоололоос өөр арга барилыг шаарддаг. Квантын компьютерт ашигладаг процессор нь энэ ялгааны нэг жишээ юм.
Уламжлалт компьютерууд цахиурт суурилсан процессоруудыг ашигладаг бол квант компьютерууд атом, ион, фотон, электрон гэх мэт квант системийг ашигладаг. Тэд 1 ба 0-ийн янз бүрийн квантын суперпозицияд бий болох битүүдийг төлөөлөх квант функцуудыг ашигладаг.
Тэгвэл энэ хүрээнд “квант” гэдэг нэр томъёо яг юу гэсэн үг вэ? Энэ нь мэдэгдэхүйц үсрэлт мөн үү?
Квант гэдэг нэр томьёо нь "тоо хэмжээ" гэсэн утгатай латин хэлний quantum үгнээс гаралтай. Энэ нь физикт "түүний төлөөлж буй цацрагийн давтамжтай пропорциональ энергийн салангид хэмжигдэхүүн" юм. Дискрет гэдэг нь үргэлжилсэн ч биш, ялгаатай ч биш зүйлийг хэлдэг. Квант гэдэг нь энэ утгаараа өвөрмөц эсвэл мэдэгдэхүйц хэмжээг илэрхийлдэг.
Квантын тооцоолол гэж юу вэ?
Квантын тооцоолол нь квант физикт ашигладагтай ижил эсвэл төстэй байдаг алгоритмыг бүтээхдээ алгебрийн аргыг ашиглаж байна. Квант механик нь эргээд атом болон субатомын бөөмсийн хэмжээгээр байгалийн физик чанарыг тайлбарладаг физикийн үндсэн онолыг хэлдэг.
A квантын компьютер Иймд ийм алгоритмуудыг хэрэгжүүлэх чадвартай таамагласан компьютер юм. Үүний үр дүнд квант компьютерууд үндсэндээ квант битүүд дээр суурилдаг бөгөөд үүнийг нэг электроноос үүсгэж болох кубит гэж нэрлэдэг.
Квантын материал нь квант механикийн дүрмийн дагуу ажилладаг бөгөөд магадлалын тооцоолол, суперпозици гэх мэт ойлголтуудыг ашигладаг. хамаатай. Эдгээр санаанууд нь төвөгтэй асуудлуудыг шийдвэрлэхийн тулд квант компьютерийн чадавхийг ашигладаг квант алгоритмуудын үндэс суурь болдог.
Энэ нийтлэлд би квант орооцолдлын талаар таны мэдэх ёстой бүх зүйлийг хэлэлцэх болно.
Квантын орооцолдол гэж юу вэ?
Хоёр систем хоорондоо маш нягт холбоотой байх үед квантын орооцолдол үүсдэг бөгөөд нэгийг нь мэдсэнээр нөгөөг нь хэр хол байсан ч шууд мэдэх боломжтой.
Гэрлийн хурдаас илүү хурдан мэдээлэл илгээх боломжгүй гэсэн дүрмийг зөрчсөн тул Эйнштейн зэрэг эрдэмтэд энэ үзэгдлийг гайхшруулж, "алсын аймшигт үйлдэл" гэж нэрлэсэн. Фотон ба электрон ашиглан хийсэн нэмэлт туршилтууд орооцолдсон болохыг баталсан.
орооцолдох нь квант тооцооллын тулгын чулуу юм. Физик дэх квантын орооцолдол гэдэг нь квант бөөмс хоорондын маш хүчтэй холбоог хэлдэг. Энэхүү холболт нь маш хүчтэй тул хоёр ба түүнээс дээш квант бөөмсийг асар их зайд тусгаарлахын зэрэгцээ салшгүй холбоотой байж болно.
Үүнийг илүү сайн ойлгохын тулд физик эсвэл тооцоололтой холбоогүй энгийн харьцуулалтыг авч үзье. Нэг биш хоёр зоос шидсэн бол юу болохыг бодоорой. Ихэвчлэн нэг зоос толгой дээр эсвэл сүүл дээр буух эсэх нь хоёр дахь зоос шидэлтийн үр дүнд бага зэрэг нөлөөлдөг.
Гэсэн хэдий ч орооцолдсон тохиолдолд бие махбодийн хувьд тусдаа байхаас үл хамааран хоёр хэсэг нь хоорондоо холбогдсон эсвэл орооцолдсон байдаг. Энэ тохиолдолд, хэрэв нэг зоос толгой дээр буувал хоёр дахь зоос нь мөн адил толгойг харуулах болно, мөн эсрэгээр.
Квантын орооцолдлын тухай ойлголт (жишээ нь)
Квантын орооцолдол гэдэг нь үнэндээ хоёр систем (ихэвчлэн электрон эсвэл фотон) хоорондоо маш нягт холбоотой байдаг тул нэг системийн "төлөв" (электроны эргэлтийн чиглэл, "Дээш" гэх) тухай мэдээллийг олж авах нь нөгөө системийн тухай агшин зуурын мэдлэгийг олж авах нөхцөл юм. Эдгээр системүүд хоорондоо хэр хол байхаас үл хамааран "төлөв" (хоёр дахь электроны эргэлтийн чиглэл, "Доош" гэж хэлнэ үү).
"Шууд" ба "хоорондоо хэр хол байгаагаас үл хамааран" гэсэн хэллэгүүд чухал ач холбогдолтой юм. Энэ үзэгдэл Эйнштейн мэтийн эрдэмтдийг төөрөлдүүлж, учир нь төлөвийг хэмжих хүртэл тодорхойлогддоггүй, мэдээлэл дамжуулах нь мэдээллийг гэрлийн хурдаас илүү хурдан зөөвөрлөх боломжгүй гэсэн сонгодог физикийн дүрмийг үгүйсгэдэг.
Гэсэн хэдий ч 1980-аад оноос эхэлсэн судалгаа, туршилтын ачаар орооцолдох нь 1980-аад оноос хойш фотон болон электроныг хоёуланг нь ашигладаг нь батлагдсан.
Хоёр субатомын тоосонцор (электрон) үүсгэж болох тул тэдгээрийг нэг долгионы функцээр дүрслэх боломжтой. Тэг спинтэй эх бөөмийг ижил боловч эсрэгээрээ эргэлдсэн хоёр орооцолдсон охин бөөм болгон задлах замаар орооцолдохыг нэг аргаар хийж болно.
Хэрэв хоёр охин бөөмс ямар нэгэн зүйлтэй харьцахгүй бол тэдгээрийн долгионы функцууд хоорондоо хэр хол хэмжигдсэнээс үл хамааран тэнцүү бөгөөд эсрэг тэсрэг хэвээр байх болно. Эрдэмтэд туршилтын явцад орооцолдох хугацаа нь мэдээлэлд ямар ч нөлөө үзүүлээгүй болохыг тогтоожээ.
Харин нэг бөөмийн мэдээллийг хэмжихэд л гэрлийн хурдаас илүү хурдтайгаар нөгөө бөөмс рүү мэдээлэл илгээгддэг.
Үүний үр дүнд мэдээлэл ийм хурдацтай урсдаг. Гэхдээ бид үүнийг хянах боломжгүй - энэхүү хяналтгүй байдал нь гэрлийн хурдаас илүү хурдан мессеж эсвэл бусад мэдээллийг илгээх гэх мэт Квант орооцолтын хэрэглээг хязгаарладаг.
Квантын тооцоололд орооцолдох нь ямар үүрэг гүйцэтгэдэг вэ?
Орооцолдсон кубитийн төлөвийг өөрчлөх нь квант компьютер дахь хосолсон кубитийн төлөвийг агшин зуур өөрчилдөг. Үүний үр дүнд орооцолдох нь квант компьютерын боловсруулалтын хурдыг хурдасгадаг.
Нэг кубит боловсруулах нь олон тооны кубитийн талаарх мэдээллийг илчлэх тул тэдгээрийн тоог хоёр дахин нэмэгдүүлснээр процессын тоог (өөрөөр хэлбэл орооцолдсон кубит) нэмэгдүүлэх шаардлагагүй.
Судалгаанаас үзэхэд квант алгоритм нь сонгодог тооцооллоос илүү экспоненциал хурдыг гаргахын тулд квант орооцолдох шаардлагатай.
Квантын тооцоолол дахь орооцолдох хэрэглээ
Бидний одоо болон ирээдүйг өөрчлөх энэхүү өвөрмөц физик шинж чанараас хэд хэдэн програм ашиг тус хүртэх боломжтой. Квантын шифрлэлт, хэт нягт кодчилол, магадгүй гэрлээс илүү хурдан дамжуулалт, тэр ч байтугай телепортацийг бүгдийг нь орооцолдох замаар идэвхжүүлж болно.
Квантын компьютерууд нь санхүү, банк зэрэг олон салбар дахь эрчим хүч их шаардсан сорилтуудыг шийдвэрлэх, цаг хугацааг даван туулах чадвартай.
Квант орооцолдох нь ийм компьютеруудад тэдний кубит хоорондын өгөгдлийн урсгалыг зохицуулахад шаардагдах хугацаа, боловсруулалтын хүчийг багасгах замаар тусалж болох үзэгдэл юм.
1. Квантын криптограф
Сонгодог криптографийн хувьд илгээгч нь мессежийг нэг түлхүүрээр кодлодог бол хүлээн авагч нь хуваалцсан түлхүүрээр тайлдаг. Гэсэн хэдий ч гуравдагч этгээд түлхүүрүүдийн талаар мэдлэг олж авах, криптографийг таслан зогсоох, устгах аюултай.
Хоёр талын хооронд аюулгүй суваг бий болгох нь хугарашгүй криптографийн тулгын чулуу юм. Оролцох нь үүнийг үүсгэж болно. Хоёр систем орооцолдсон тул хоорондоо уялдаа холбоотой байдаг (нэг нь өөрчлөгдөхөд нөгөө нь өөрчлөгддөг) бөгөөд энэ хамаарлыг гуравдагч этгээд хуваалцахгүй.
Квантын криптограф нь мөн клончлолгүй байх давуу талтай бөгөөд энэ нь үл мэдэгдэх квант төлөвийн ижил хуулбарыг үүсгэх боломжгүй гэсэн үг юм. Үүний үр дүнд квант төлөвт кодлогдсон өгөгдлийг хуулбарлах боломжгүй юм.
Нэвтрэшгүй квант түлхүүрийн хуваарилалтаар квант криптограф аль хэдийн хэрэгжсэн (QKD). QKD нь түлхүүрийн талаарх мэдээллийг дамжуулахын тулд санамсаргүй туйлширсан фотонуудыг ашигладаг. Хүлээн авагч нь туйлшруулагч шүүлтүүр болон мессежийг шифрлэх арга техникийг ашиглан түлхүүрийг тайлдаг.
Нууц өгөгдлийг стандарт холбооны шугамаар дамжуулсан хэвээр байгаа боловч зөвхөн квант түлхүүр нь мессежийг тайлж чадна. Туйлшруулсан фотонуудыг "унших" нь тэдний төлөвийг өөрчилдөг тул аливаа чагналт нь дамжуулагчдад халдлагын талаар сэрэмжлүүлдэг.
QKD технологи нь одоогоор шилэн кабелиар хязгаарлагдаж байгаа бөгөөд энэ нь фотоныг хүлээн авах боломжгүй болохоос өмнө 100 км-ийн зайд дамжуулж чаддаг. 2004 онд анхны орооцолдсон QKD банкны шилжүүлэг Австри улсад болсон.
Физик зарчимд суурилсан найдвартай, эвдэрч гэмтэхээс хамгаалсан харилцаа холбоог дамжуулах нь санхүү, банк санхүү, цэрэг, эмнэлгийн болон бусад салбарт хэрэглэгдэх нь ойлгомжтой. Хэд хэдэн бизнесүүд одоо орооцолдсон QKD ашиглаж байна.
2. Квантын телепортаци
Мөн квант телепортац нь фотон, атом, электрон, хэт дамжуулагч хэлхээ гэх мэт хоёр талын квант мэдээллийг дамжуулах арга юм. Судалгаанаас үзэхэд телепортаци нь QC-уудыг зэрэгцүүлэн ажиллуулахын зэрэгцээ бага цахилгаан зарцуулдаг бөгөөд эрчим хүчний хэрэглээг 100-1000 дахин бууруулдаг.
Квантын телепортац ба квант криптографийн ялгаа нь дараах байдалтай байна.
- Квантын телепортацын солилцоо Сонгодог сувгаар "квант" мэдээллийг илгээдэг.
- Квантын криптографийн солилцоо Квантын сувгаар "сонгодог" мэдээллийг илгээдэг.
Квантын компьютеруудын эрчим хүчний хэрэгцээ нь дулааныг үүсгэдэг бөгөөд энэ нь ийм бага температурт ажиллах ёстой тул бэрхшээлтэй байдаг. Телепортаци нь квант тооцооллын хөгжлийг хурдасгах дизайны шийдлүүдийг гаргах боломжтой юм.
3. Биологийн систем
Хүний бие нь бүх амьтдын нэгэн адил олон сая химийн болон биологийн үйл явцын харилцан үйлчлэлийн улмаас байнга өөрчлөгдөж байдаг. Саяхныг хүртэл тэдгээрийг шугаман гэж үздэг байсан бөгөөд "А" нь "В" руу хүргэдэг. Гэсэн хэдий ч квант биологи ба биофизик нь биологийн систем доторх асар их уялдаа холбоог олж илрүүлсэн бөгөөд үүнд QE чухал үүрэг гүйцэтгэдэг.
Төрөл бүрийн дэд нэгжүүдийн арга зам уургийн бүтэц квантын орооцолдол, уялдаа холбоог тогтвортой байлгах үүднээс боловсруулсан. Квантын биологи нь янз бүрийн хариултгүй асуудлуудтай онолын сэдэв хэвээр байна; тэдгээрийг шийдвэрлэх үед анагаах ухаан дахь хэрэглээ улам бүр харагдах болно.
Онолын хувьд квант тооцоолол нь сонгодог компьютерээс илүү байгальтай (атомын холбоог дуурайж) болон квант биологийн системтэй илүү төстэй байж болно.
4. Superdense кодчилол
Superdense кодчилол нь нэг орооцолдсон кубит ашиглан ердийн хоёр бит мэдээллийг дамжуулах арга юм. Хэт нягт код нь:
- Сонгодог мессежийг дахин бүтээхэд шаардагдах зүйлийн хагасыг хугацаанаас нь өмнө илгээх боломжийг хэрэглэгчдэд олгож, урьдчилан илгээсэн кубит дуусах хүртэл хоёр дахин хурдтай харилцах боломжийг олгоно.
- Хоёр талын квант сувгийн хүчин чадал нэг чиглэлд хоёр дахин нэмэгддэг.
- Хоцролт багатай сувгаар ирж буй өгөгдлийг дэмжихийн тулд өгөгдлийн хагасыг өндөр хоцролттой сувгаар дамжуулж, өндөр хоцрогдолтой зурвасын өргөнийг бага хоцролттой болгон хөрвүүлнэ.
Харилцаа холбооны үе бүр илүү их мэдээлэл дамжуулахыг уриалж байна. Хэт нягт кодчилолтой бол ижил төстэй мэдээлэл олж авах боломжтой.
Дүгнэлт
Квантын орооцолдол нь бидэнд урьд өмнө төсөөлж байгаагүй арга замаар өгөгдөлтэй ажиллах боломжийг олгож магадгүй юм. Квантын тооцооллыг ээдрээтэй хослуулснаар бид асар их хэмжээний өгөгдөл шаарддаг асуудлуудад илүү үр ашигтай, аюулгүй байдлаар хариулах боломжтой болно.
Биологийн болон одон орон судлалын хэрэглээний программуудыг нэмснээр QE-г хүмүүсийн удаан хугацааны турш бодож байсан асуудлуудад хариулахад ашиглаж болох юм: бид хаанаас ирсэн, энэ бүхэн хэрхэн эхэлсэн бэ?
Технологийн дэвшил улам их байх тусам бид түүнд зориулсан олон програмуудыг олох болно- энэ нь асар их амлалттай!
хариу үлдээх