Transformasi digital mengubah dunia lebih pantas berbanding sebelum ini. Pembelajaran tentang konsep utama era digital akan menjadi lebih kritikal dengan ketibaan hampir satu lagi gelombang teknologi baharu yang mampu mengubah model sedia ada dengan kelajuan dan kuasa yang menakjubkan: pengkomputeran kuantum.
Dalam artikel ini, kami membandingkan konsep asas pengkomputeran tradisional dan pengkomputeran kuantum, dan juga mula meneroka aplikasinya di kawasan yang berbeza.
Apakah sifat kuantum?
Sepanjang sejarah, manusia telah membangunkan teknologi kerana mereka telah memahami cara kerja alam melalui sains. Antara tahun 1900-an dan 1930-an, kajian tentang beberapa fenomena fizikal yang belum difahami dengan baik telah menimbulkan teori fizik baharu: Mekanik Kuantum. Teori ini menerangkan dan menerangkan cara kerja dunia mikroskopik, habitat semula jadi molekul, atom dan elektron.
Ia bukan sahaja dapat menjelaskan fenomena ini, tetapi ia juga membolehkan untuk memahami bahawa realiti subatomik berfungsi dengan cara yang berlawanan dengan intuitif, hampir ajaib, dan peristiwa berlaku dalam dunia mikroskopik yang tidak berlaku dalam dunia makroskopik.
Sifat kuantum ini termasuk superposisi kuantum, jalinan kuantum, dan teleportasi kuantum.
- Superposisi kuantum menerangkan bagaimana zarah boleh berada dalam keadaan yang berbeza pada masa yang sama.
- Jalinan kuantum menerangkan bagaimana dua zarah boleh dibawa ke keadaan "terjerat" dan, selepas itu, bertindak balas hampir serentak dengan cara yang sama, walaupun jarak fizikalnya. Dalam erti kata lain, mereka boleh diletakkan sejauh yang diingini, dan, apabila berinteraksi dengan satu, yang lain bertindak balas terhadap interaksi yang sama.
- Teleportasi kuantum menggunakan kuantum entanglement untuk menghantar maklumat dari satu tempat di angkasa ke tempat lain tanpa perlu melalui ruang angkasa.
Pengkomputeran kuantum adalah berdasarkan sifat kuantum sifat subatomik ini.
Dalam kes ini, pemahaman hari ini tentang dunia mikroskopik melalui Mekanik Kuantum membolehkan kami mencipta dan mereka bentuk teknologi yang mampu meningkatkan kehidupan manusia. Terdapat banyak teknologi berbeza yang menggunakan fenomena kuantum, dan beberapa daripadanya, seperti laser atau pengimejan resonans magnetik (MRI), telah wujud selama lebih setengah abad.
Apakah pengkomputeran kuantum?
Untuk memahami cara komputer kuantum berfungsi, adalah berguna untuk menerangkan terlebih dahulu cara komputer yang kita gunakan setiap hari, yang disebut dalam artikel ini sebagai komputer digital atau klasik, berfungsi. Ini, seperti semua peranti elektronik lain seperti tablet atau telefon mudah alih, menggunakan bit sebagai unit asas memori mereka. Ini bermakna program dan aplikasi dikodkan dalam bit, iaitu dalam bahasa binari sifar dan satu.
Setiap kali kita berinteraksi dengan mana-mana peranti ini, contohnya dengan menekan kekunci pada papan kekunci, rentetan sifar dan yang dicipta, dimusnahkan dan/atau diubah suai dalam komputer.
Persoalan yang menarik ialah, apakah sifar dan sifar ini secara fizikal di dalam komputer? Sifar dan satu keadaan bit sepadan dengan arus elektrik yang mengalir, atau tidak, melalui bahagian mikroskopik yang dipanggil transistor, yang bertindak sebagai suis. Apabila tiada arus mengalir, transistor "mati" dan sepadan dengan sedikit 0, dan apabila ia mengalir, ia "hidup" dan sepadan dengan sedikit 1.
Dalam bentuk yang lebih mudah, ia seolah-olah bit 0 dan 1 sepadan dengan lubang, supaya lubang kosong adalah sedikit 0 dan lubang yang diduduki oleh elektron adalah sedikit 1. Sekarang kita mempunyai idea bagaimana komputer hari ini berfungsi , mari cuba memahami cara komputer kuantum berfungsi.
Dari bit kepada qubit
Unit asas maklumat dalam pengkomputeran kuantum ialah bit kuantum atau qubit. Qubit adalah, mengikut definisi, sistem kuantum dua peringkat yang, seperti bit, boleh berada pada tahap rendah, yang sepadan dengan keadaan pengujaan rendah atau tenaga yang ditakrifkan sebagai 0; atau pada tahap tinggi, yang sepadan dengan keadaan pengujaan yang lebih tinggi atau ditakrifkan sebagai 1.
Walau bagaimanapun, dan di sini terletak perbezaan asas dengan pengkomputeran klasik, qubit juga boleh berada dalam mana-mana bilangan keadaan perantaraan yang tidak terhingga antara 0 dan 1, seperti keadaan yang separuh 0 dan separuh 1, atau tiga perempat daripada 0 dan satu perempat. daripada 1. Fenomena ini dikenali sebagai superposisi kuantum dan semulajadi dalam sistem kuantum.
Algoritma kuantum: Pengkomputeran yang lebih berkuasa dan cekap secara eksponen
Tujuan komputer kuantum adalah untuk memanfaatkan sifat kuantum qubit ini, sebagai sistem kuantum, untuk dapat menjalankan algoritma kuantum yang menggunakan superposisi dan belitan untuk menawarkan kuasa pemprosesan yang jauh lebih besar daripada yang klasik.
Adalah penting untuk menunjukkan bahawa anjakan paradigma sebenar tidak terdiri daripada melakukan perkara yang sama seperti yang dilakukan oleh komputer digital atau klasik -yang semasa-, tetapi lebih pantas, seperti yang didakwa secara salah oleh banyak artikel, sebaliknya algoritma kuantum membenarkan operasi tertentu dibuat. dilakukan dengan cara yang sama sekali berbeza; yang selalunya lebih cekap -iaitu, dalam masa yang lebih singkat atau menggunakan sumber pengiraan yang jauh lebih sedikit-.
Mari kita lihat contoh konkrit tentang maksud ini. Bayangkan kami berada di San Francisco dan kami ingin mengetahui laluan terbaik ke New York daripada sejuta pilihan untuk ke sana (N=1,000,000). Untuk dapat menggunakan komputer untuk mencari laluan yang optimum, kita perlu mendigitalkan 1,000,000 pilihan, yang membayangkan menterjemahkannya ke dalam bahasa bit untuk komputer klasik dan ke dalam qubit untuk komputer kuantum.
Walaupun komputer klasik perlu melalui semua laluan satu demi satu sehingga ia menemui yang dikehendaki, komputer kuantum mengambil kesempatan daripada proses yang dikenali sebagai selari kuantum yang membolehkannya, pada asasnya, mempertimbangkan semua laluan sekaligus. Ini membayangkan bahawa komputer kuantum akan mencari laluan optimum jauh lebih cepat daripada komputer klasik, disebabkan oleh pengoptimuman sumber yang digunakan.
Untuk memahami perbezaan dalam kapasiti pengiraan, dengan n qubit kita boleh melakukan yang setara dengan apa yang mungkin dengan 2n bit. Selalunya dikatakan bahawa dengan kira-kira 270 qubit anda boleh mempunyai lebih banyak keadaan asas dalam komputer kuantum - lebih banyak rentetan aksara yang berbeza dan serentak - daripada bilangan atom di alam semesta, yang dianggarkan kira-kira 280. Contoh lain ialah dianggarkan bahawa dengan komputer kuantum antara 2000 dan 2500 qubit anda boleh memecahkan hampir semua kriptografi yang digunakan hari ini (dikenali sebagai kriptografi kunci awam).
Setakat kriptografi, terdapat banyak kelebihan untuk digunakan pengkomputeran kuantum. Jika dua sistem terikat semata-mata, ini bermakna ia berkorelasi antara satu sama lain (iaitu, apabila satu berubah, yang lain juga berubah) dan tiada pihak ketiga yang berkongsi korelasi ini.
Fleet
Kita berada dalam masa transformasi digital di mana teknologi baru muncul yang berbeza seperti blockchain, kecerdasan buatan, dron, Internet Perkara, realiti maya, 5G, pencetak 3D, robot atau kenderaan autonomi semakin wujud dalam pelbagai bidang dan sektor.
Teknologi-teknologi ini, yang ditetapkan untuk meningkatkan kualiti hidup manusia dengan mempercepatkan pembangunan dan menjana impak sosial, kini semakin maju secara selari. Jarang sekali kita melihat syarikat membangunkan produk yang mengeksploitasi gabungan dua atau lebih teknologi ini, seperti blockchain dan IoT atau dron dan kecerdasan buatan.
Walaupun mereka ditakdirkan untuk menumpu dan dengan itu menjana impak yang lebih besar secara eksponen, peringkat awal pembangunan yang mereka hadapi dan kekurangan pembangun dan orang yang mempunyai latar belakang teknikal bermakna penumpuan masih merupakan tugas yang belum selesai.
Disebabkan potensi mengganggu mereka, teknologi kuantum dijangka bukan sahaja untuk menumpu dengan semua teknologi baharu ini, tetapi juga mempunyai pengaruh yang luas ke atas hampir kesemuanya. Pengkomputeran kuantum akan mengancam pengesahan, pertukaran dan penyimpanan data yang selamat, yang mempunyai kesan yang lebih besar pada teknologi tersebut di mana kriptografi memainkan peranan yang lebih relevan, seperti keselamatan siber atau rantaian blok.
Sila tinggalkan balasan anda