Jadual Kandungan[Sembunyi][Tunjukkan]
Pengkomputeran kuantum memproses data menggunakan prinsip mekanik kuantum. Akibatnya, pengkomputeran kuantum memerlukan pendekatan yang berbeza daripada pengkomputeran klasik. Pemproses yang digunakan dalam komputer kuantum adalah salah satu contoh perbezaan ini.
Manakala komputer tradisional menggunakan pemproses berasaskan silikon, komputer kuantum menggunakan sistem kuantum seperti atom, ion, foton atau elektron. Mereka menggunakan ciri kuantum untuk mewakili bit yang mungkin dicipta dalam pelbagai superposisi kuantum 1 dan 0.
Jadi, apakah sebenarnya yang dimaksudkan dengan istilah "kuantum" dalam konteks ini? Adakah ia satu lonjakan yang ketara?
Istilah kuantum berasal daripada perkataan Latin kuantum, yang bermaksud "kuantiti." Ia adalah 'kuantiti diskret tenaga yang berkadar dalam magnitud dengan kekerapan sinaran yang diwakilinya' dalam fizik. Diskret merujuk kepada sesuatu yang tidak berterusan atau berbeza. Kuantum merujuk kepada jumlah unik atau ketara dalam pengertian ini.
Apakah pengkomputeran kuantum?
Pengkomputeran kuantum sedang menggunakan kaedah algebra untuk membina algoritma untuk pengiraan, yang selalunya sama atau serupa dengan yang digunakan dalam fizik kuantum. Mekanik kuantum pula merujuk kepada teori fizik asas yang menyelami penjelasan kualiti fizikal alam pada saiz atom dan zarah subatom.
A komputer kuantum Oleh itu, komputer hipotesis yang mampu melaksanakan algoritma tersebut. Akibatnya, komputer kuantum pada asasnya berdasarkan bit kuantum, juga dikenali sebagai qubit, yang mungkin dicipta daripada satu elektron.
Bahan kuantum bertindak mengikut peraturan mekanik kuantum, menggunakan tanggapan seperti pengiraan kebarangkalian, superposisi, dan kekusutan. Idea ini berfungsi sebagai asas untuk algoritma kuantum, yang menggunakan keupayaan komputer kuantum untuk menangani masalah rumit.
Dalam artikel ini, saya akan membincangkan semua yang anda perlu tahu tentang keterikatan kuantum.
Apakah jalinan kuantum?
Keterikatan kuantum berlaku apabila dua sistem berkait rapat sehingga mengetahui tentang satu memberi anda pengetahuan segera tentang yang lain, tidak kira berapa jauh jaraknya.
Para saintis seperti Einstein bingung dengan fenomena ini, yang digelarnya sebagai "tindakan menyeramkan pada jarak jauh" kerana ia melanggar peraturan bahawa tiada maklumat boleh dihantar lebih cepat daripada kelajuan cahaya. Eksperimen tambahan menggunakan foton dan elektron, walau bagaimanapun, kekusutan yang disahkan.
Keterikatan adalah asas pengkomputeran kuantum. Jalinan kuantum dalam fizik merujuk kepada hubungan yang sangat kuat antara zarah kuantum. Sambungan ini sangat kuat sehingga dua atau lebih zarah kuantum boleh disambungkan secara tidak dapat dielakkan semasa dipisahkan oleh jarak yang sangat besar.
Untuk memahami perkara ini dengan lebih lanjut, pertimbangkan perbandingan mudah yang tidak berkaitan dengan fizik atau pengkomputeran. Pertimbangkan apa yang akan berlaku jika bukan satu, tetapi dua syiling dilambung. Biasanya, sama ada satu syiling mendarat di kepala atau ekor mempunyai sedikit kaitan dengan hasil lambungan syiling kedua.
Walau bagaimanapun, dalam kes terjerat, kedua-dua bahagian disambungkan atau terjerat, tidak kira sama ada ia terpisah secara fizikal. Dalam kes ini, jika satu syiling mendarat di kepala, syiling kedua juga akan memaparkan kepala, dan sebaliknya.
Memahami keterikatan kuantum (dengan contoh)
Keterikatan kuantum sememangnya satu keadaan di mana dua sistem (biasanya elektron atau foton) berkait rapat sehingga memperoleh maklumat tentang "keadaan" satu sistem (arah putaran elektron, katakan "Naik") akan menghasilkan pengetahuan serta-merta tentang sistem yang lain. “keadaan” (arah putaran elektron kedua, sebut “Ke bawah”) tidak kira sejauh mana sistem ini wujud.
Frasa "segera" dan "tidak kira sejauh mana jaraknya" adalah penting. Fenomena ini telah membingungkan saintis seperti Einstein, kerana keadaan tidak ditakrifkan sehingga ia diukur, dan penghantaran maklumat menentang peraturan fizik klasik bahawa maklumat tidak boleh dibawa lebih cepat daripada kelajuan cahaya.
Walau bagaimanapun, jalinan telah terbukti menggunakan kedua-dua foton dan elektron sejak tahun 1980-an, terima kasih kepada penyelidikan dan ujian yang bermula pada tahun 1980-an.
Dua zarah subatomik (elektron) boleh dihasilkan supaya ia boleh diterangkan oleh satu fungsi gelombang. Keterikatan boleh dicapai dalam satu kaedah dengan membenarkan zarah induk dengan putaran sifar mereput menjadi dua zarah anak terjerat dengan putaran yang sama tetapi bertentangan.
Jika dua zarah anak tidak berinteraksi dengan apa-apa, fungsi gelombang mereka akan kekal sama dan bertentangan tidak kira berapa jauh jaraknya diukur. Para saintis menentukan melalui ujian bahawa masa belitan tidak mempunyai kesan ke atas maklumat.
Sebaliknya, maklumat dihantar kepada zarah lain pada kadar yang lebih cepat daripada kelajuan cahaya hanya apabila maklumat satu zarah diukur.
Akibatnya, maklumat mengalir pada kadar ini. Tetapi kami tidak mempunyai kawalan ke atasnya - kekurangan kawalan ini menyekat penggunaan Quantum Entanglement, seperti menghantar mesej atau maklumat lain lebih cepat daripada kelajuan cahaya.
Apakah peranan yang dimainkan oleh keterjeratan dalam pengkomputeran kuantum?
Menukar keadaan qubit terjerat dengan serta-merta mengubah keadaan qubit berpasangan dalam komputer kuantum. Akibatnya, kekusutan mempercepatkan kelajuan pemprosesan komputer kuantum.
Oleh kerana pemprosesan satu qubit mendedahkan maklumat tentang banyak qubit, menggandakan bilangan qubit tidak semestinya meningkatkan bilangan proses (iaitu, qubit terjerat).
Keterikatan kuantum, menurut kajian, diperlukan untuk algoritma kuantum untuk menyampaikan kelajuan eksponen berbanding pengiraan klasik.
Aplikasi belitan dalam pengkomputeran kuantum
Beberapa aplikasi boleh mendapat manfaat daripada ciri fizikal yang unik ini, yang akan mengubah masa kini dan masa depan kita. Penyulitan kuantum, pengekodan superdense, mungkin penghantaran lebih pantas daripada cahaya, dan juga teleportasi mungkin semuanya didayakan melalui keterjeratan.
Komputer kuantum berpotensi untuk menangani masa dan memproses cabaran intensif kuasa dalam pelbagai industri, termasuk kewangan dan perbankan.
Keterikatan kuantum ialah fenomena yang mungkin membantu komputer sedemikian dengan mengurangkan jumlah masa dan kuasa pemprosesan yang diperlukan untuk mengendalikan aliran data antara qubit mereka.
1. Kriptografi Kuantum
Dalam kriptografi klasik, pengirim mengekod mesej dengan satu kunci, manakala penerima menyahkodnya dengan kunci yang dikongsi. Walau bagaimanapun, terdapat bahaya bahawa pihak ketiga akan memperoleh pengetahuan tentang kunci dan boleh memintas serta melemahkan kriptografi.
Mewujudkan saluran selamat antara kedua-dua pihak adalah asas kepada kriptografi yang tidak boleh dipecahkan. Keterikatan boleh menyebabkan ini. Oleh kerana kedua-dua sistem itu terikat, ia berkorelasi antara satu sama lain (apabila satu berubah, begitu juga yang lain), dan tiada pihak ketiga akan berkongsi korelasi ini.
Kriptografi kuantum juga mendapat manfaat daripada tiada pengklonan, yang bermaksud bahawa adalah mustahil untuk menghasilkan replika yang sama bagi keadaan kuantum yang tidak diketahui. Akibatnya, adalah mustahil untuk mereplikasi data yang dikodkan dalam keadaan kuantum.
Dengan pengedaran kunci kuantum yang tidak dapat ditembusi, kriptografi kuantum telah pun direalisasikan (QKD). QKD menggunakan foton terpolarisasi secara rawak untuk menyampaikan maklumat tentang kunci. Penerima menguraikan kunci menggunakan penapis polarisasi dan teknik yang digunakan untuk menyulitkan mesej.
Data rahsia masih dipindahkan melalui talian komunikasi standard, tetapi hanya kunci kuantum yang tepat boleh menyahkod mesej. Oleh kerana "membaca" foton terpolarisasi mengubah keadaannya, sebarang penyadapan akan memberi amaran kepada komunikator tentang pencerobohan itu.
Teknologi QKD kini dikekang oleh kabel gentian optik, yang boleh menghantar foton untuk sekitar 100km sebelum menjadi terlalu lemah untuk diterima. Pada tahun 2004, pemindahan bank QKD pertama yang terlibat berlaku di Austria.
Memastikan penghantaran komunikasi yang tidak boleh dipecahkan dan kalis gangguan yang terbukti selamat berdasarkan prinsip fizikal mempunyai aplikasi yang jelas dalam sektor kewangan, perbankan, ketenteraan, perubatan dan lain-lain. Beberapa perniagaan kini menggunakan QKD terjerat.
2. Teleportasi Kuantum
Teleportasi kuantum juga merupakan kaedah penghantaran maklumat kuantum antara dua pihak, seperti foton, atom, elektron, dan litar superkonduktor. Menurut penyelidikan, teleportasi membolehkan QC berjalan selari sambil menggunakan kurang elektrik mengurangkan penggunaan kuasa sebanyak 100 hingga 1000 kali ganda.
Perbezaan antara teleportasi kuantum dan kriptografi kuantum adalah seperti berikut:
- Pertukaran teleportasi kuantum Melalui saluran klasik, maklumat "kuantum" dihantar.
- Pertukaran kriptografi kuantum Melalui saluran kuantum, maklumat "klasik" dihantar.
Keperluan kuasa komputer kuantum menjana haba, yang merupakan satu cabaran memandangkan ia mesti beroperasi pada suhu yang begitu rendah. Teleportasi berpotensi membawa kepada penyelesaian reka bentuk yang akan mempercepatkan pembangunan pengkomputeran kuantum.
3. Sistem Biologi
Tubuh manusia, seperti semua makhluk, sentiasa berubah disebabkan oleh interaksi berjuta-juta proses kimia dan biologi. Sehingga baru-baru ini, mereka diandaikan sebagai linear, dengan "A" menuju ke "B." Walau bagaimanapun, biologi kuantum dan biofizik telah menemui sejumlah besar koheren dalam sistem biologi, dengan QE memainkan peranan.
Cara subunit yang pelbagai daripada struktur protein dibungkus bersama dibangunkan untuk membolehkan keterjeratan dan koheren kuantum yang berterusan. Biologi Kuantum masih menjadi topik teori dengan pelbagai kebimbangan yang tidak terjawab; apabila ia ditangani, aplikasi dalam bidang perubatan akan menjadi semakin kelihatan.
Pengkomputeran kuantum, secara teori, mungkin lebih menyerupai alam semula jadi (dengan mensimulasikan ikatan atom) dan sistem biologi kuantum daripada komputer klasik.
4. Pengekodan Superdense
Pengekodan superdense ialah kaedah menghantar dua bit maklumat konvensional menggunakan qubit terjerat tunggal. Kod yang sangat padat boleh:
- Membenarkan pengguna menghantar separuh daripada apa yang diperlukan untuk membina semula mesej klasik lebih awal daripada masa, membolehkan pengguna berkomunikasi pada kelajuan dua kali ganda sehingga qubit yang telah dihantar kehabisan.
- Kapasiti saluran kuantum dua hala dalam satu arah digandakan.
- Tukar lebar jalur kependaman tinggi kepada lebar jalur kependaman rendah dengan menghantar separuh daripada data melalui saluran kependaman tinggi untuk menyokong data yang masuk melalui saluran kependaman rendah.
Setiap generasi komunikasi telah meminta lebih banyak pemindahan data. Keuntungan yang setanding dalam maklumat akan dapat dicapai dengan pengekodan superdense.
Kesimpulan
Keterikatan kuantum mungkin membolehkan kita bekerja dengan data dalam cara yang tidak dapat dibayangkan sebelum ini. Dengan menyepadukan pengkomputeran kuantum dengan jalinan, kami akan dapat menjawab isu yang menuntut sejumlah besar data dengan cara yang lebih cekap dan selamat.
Dengan penambahan aplikasi biologi dan astronomi, QE mungkin digunakan untuk menjawab isu yang telah lama difikirkan oleh manusia: dari mana kita datang dan bagaimana semuanya bermula?
Lebih banyak kemajuan teknologi, lebih banyak aplikasi yang akan kami temui untuknya— ia mempunyai janji yang luar biasa!
Sila tinggalkan balasan anda