It-trasformazzjoni diġitali qed tbiddel id-dinja aktar malajr minn qatt qabel. It-tagħlim dwar il-kunċetti ewlenin tal-era diġitali se jsir saħansitra aktar kritiku bil-wasla imminenti ta 'mewġa ġdida oħra ta' teknoloġija li kapaċi tittrasforma mudelli eżistenti b'veloċità u qawwa tal-għaġeb: il-komputazzjoni kwantistika.
F'dan l-artikolu, inqabblu l-kunċetti bażiċi tal-kompjuters tradizzjonali u tal-komputazzjoni kwantistika, u nibdew ukoll nesploraw l-applikazzjoni tagħhom f'oqsma differenti.
X'inhuma l-proprjetajiet quantum?
Matul l-istorja, il-bnedmin żviluppaw it-teknoloġija hekk kif bdew jifhmu l-ħidma tan-natura permezz tax-xjenza. Bejn is-snin 1900 u 1930, l-istudju ta’ xi fenomeni fiżiċi li kienu għadhom ma kinux mifhuma sew ta lok għal teorija fiżika ġdida: il-Mekkanika Quantum. Din it-teorija tiddeskrivi u tispjega l-ħidma tad-dinja mikroskopika, l-abitat naturali tal-molekuli, l-atomi u l-elettroni.
Mhux biss irnexxielha tispjega dawn il-fenomeni, iżda għamilha wkoll possibbli li wieħed jifhem li r-realtà subatomika taħdem b'mod kompletament kontro-intuwittiv, kważi maġiku, u li l-avvenimenti jseħħu fid-dinja mikroskopika li ma jseħħux fil- dinja makroskopika.
Dawn il-proprjetajiet kwantiċi jinkludu superpożizzjoni kwantika, taħbil kwantiku, u teleportazzjoni kwantika.
- Superpożizzjoni kwantika jiddeskrivi kif partiċella tista' tkun fi stati differenti fl-istess ħin.
- Tħabbil kwantiku jiddeskrivi kif żewġ partiċelli jistgħu jinġiebu fi stat "imħabbbil" u, wara dan, jirrispondu kważi simultanjament bl-istess mod, minkejja d-distanza fiżika tagħhom. Fi kliem ieħor, jistgħu jitqiegħdu 'l bogħod minn xulxin kif mixtieq, u, meta jinteraġixxu ma' wieħed, l-ieħor jirreaġixxi għal dik l-istess interazzjoni.
- Teleportazzjoni kwantistika juża quantum entanglement biex jibgħat informazzjoni minn post fl-ispazju għall-ieħor mingħajr il-ħtieġa li jivvjaġġa fl-ispazju.
Quantum computing huwa bbażat fuq dawn il-proprjetajiet quantum ta 'natura subatomika.
F'dan il-każ, il-fehim tal-lum tad-dinja mikroskopika permezz tal-Mekkanika Quantum jippermettilna nivvintaw u niddisinjaw teknoloġiji li kapaċi jtejbu l-ħajja tan-nies. Hemm ħafna teknoloġiji differenti li jużaw fenomeni quantum, u xi wħud minnhom, bħal lejżers jew immaġini ta 'reżonanza manjetika (MRI), ilhom madwar għal aktar minn nofs seklu.
X'inhu quantum computing?
Biex tifhem kif jaħdmu l-kompjuters quantum, huwa utli li l-ewwel tispjega kif jaħdmu l-kompjuters li nużaw kuljum, imsemmija f'dan l-artikolu bħala kompjuters diġitali jew klassiċi. Dawn, bħall-apparati elettroniċi l-oħra kollha bħal tablets jew mowbajls, jużaw bits bħala l-unitajiet fundamentali tal-memorja tagħhom. Dan ifisser li l-programmi u l-applikazzjonijiet huma kodifikati f’bits, jiġifieri f’lingwa binarja ta’ żerijiet u wieħed.
Kull darba li ninteraġixxu ma 'kwalunkwe minn dawn l-apparati, pereżempju billi tagħfas ċavetta fuq it-tastiera, strings ta' żerijiet, u dawk huma maħluqa, meqruda u/jew modifikati fil-kompjuter.
Il-mistoqsija interessanti hija, x'inhuma dawn iż-żeri u dawk fiżikament ġewwa l-kompjuter? L-istati żero u wieħed tal-bits jikkorrispondu għal kurrent elettriku li jiċċirkola, jew le, minn partijiet mikroskopiċi msejħa transisters, li jaġixxu bħala swiċċijiet. Meta l-ebda kurrent ma jkun qed jiċċirkola, it-transistor huwa "mitfi" u jikkorrispondi għal bit 0, u meta jkun qed jiċċirkola, huwa "mixgħul" u jikkorrispondi għal bit 1.
F'forma aktar simplifikata, huwa bħallikieku bits 0 u 1 jikkorrispondu għal toqob, sabiex toqba vojta hija daqsxejn 0 u toqba okkupata minn elettron hija daqsxejn 1. Issa li għandna idea ta 'kif jaħdmu l-kompjuters tal-lum , ejja nippruvaw nifhmu kif jaħdmu l-kompjuters quantum.
Minn bits għal qubits
L-unità fundamentali ta 'informazzjoni fil-komputazzjoni kwantistika hija l-quantum bit jew qubit. Qubits huma, b'definizzjoni, sistemi quantum b'żewġ livelli li, bħal bits, jistgħu jkunu fil-livell baxx, li jikkorrispondi għal stat ta 'eċċitazzjoni baxxa jew enerġija definita bħala 0; jew fil-livell għoli, li jikkorrispondi għal stat ta 'eċitazzjoni ogħla jew definit bħala 1.
Madankollu, u hawnhekk tinsab id-differenza fundamentali mal-kompjuters klassiku, qubits jistgħu wkoll ikunu fi kwalunkwe minn numru infinit ta 'stati intermedji bejn 0 u 1, bħal stat li huwa nofs 0 u nofs 1, jew tliet kwarti ta' 0 u kwart. ta' 1. Dan il-fenomenu huwa magħruf bħala superpożizzjoni kwantistika u huwa naturali fis-sistemi quantum.
Algoritmi kwantiċi: Kompjuter b'mod esponenzjali aktar qawwi u effiċjenti
L-iskop tal-kompjuters quantum huwa li jieħdu vantaġġ minn dawn il-proprjetajiet quantum tal-qubits, bħala sistemi quantum, biex ikunu jistgħu jmexxu algoritmi quantum li jużaw is-superpożizzjoni u t-tħabbil biex joffru qawwa ta 'proċessar ferm akbar minn dawk klassiċi.
Huwa importanti li jiġi rrilevat li l-bidla reali fil-paradigma ma tikkonsistix li tagħmel l-istess ħaġa li jagħmlu l-kompjuters diġitali jew klassiċi -dawk attwali-, iżda aktar malajr, kif jippretendu ħafna artikoli bi żball, iżda pjuttost li algoritmi quantum jippermettu li ċerti operazzjonijiet isiru. imwettaq b'mod totalment differenti; li ħafna drabi tkun aktar effiċjenti -jiġifieri f'ħafna inqas ħin jew bl-użu ta' ħafna inqas riżorsi ta' komputazzjoni-.
Ejja nħarsu lejn eżempju konkret ta’ x’jimplika dan. Ejja nimmaġinaw li qegħdin f'San Francisco u rridu nkunu nafu liema hija l-aħjar rotta lejn New York minn miljun għażla biex naslu hemm (N=1,000,000). Biex inkunu nistgħu nużaw il-kompjuters biex insibu l-aħjar rotta, irridu niddiġitalizzaw 1,000,000 għażla, li jimplika li nittraduċuhom f'lingwa bit għall-kompjuter klassiku u f'qubits għall-kompjuter quantum.
Filwaqt li kompjuter klassiku jkollu bżonn jgħaddi mill-mogħdijiet kollha waħda waħda sakemm isib dik mixtieqa, kompjuter quantum jieħu vantaġġ minn proċess magħruf bħala paralleliżmu quantum li jippermettilu, essenzjalment, jikkunsidra l-mogħdijiet kollha f'daqqa. Dan jimplika li l-kompjuter quantum se jsib l-aħjar rotta ferm aktar malajr mill-kompjuter klassiku, minħabba l-ottimizzazzjoni tar-riżorsi użati.
Biex nifhmu d-differenzi fil-kapaċità komputazzjonali, b'n qubits nistgħu nagħmlu l-ekwivalenti għal dak li jkun possibbli b'2n bits. Ħafna drabi jingħad li b'madwar 270 qubits jista’ jkollok aktar stati bażi f’kompjuter quantum – aktar strings ta’ karattri differenti u simultanji – min-numru ta’ atomi fl-univers, li huwa stmat li hu madwar 280. Eżempju ieħor huwa li huwa stmat li b’kompjuter quantum ta’ bejn 2000 u 2500 qubits tista’ tkisser prattikament il-kriptografija kollha użata llum (magħrufa bħala kriptografija taċ-ċavetta pubblika).
Safejn tmur il-kriptografija, hemm bosta vantaġġi għall-użu komputazzjoni kwantistika. Jekk żewġ sistemi huma purament imħabblin, dan ifisser li huma korrelatati ma' xulxin (jiġifieri, meta waħda tinbidel, l-oħra tinbidel ukoll) u l-ebda parti terza ma taqsam din il-korrelazzjoni.
takeaway
Ninsabu fi żmien ta’ trasformazzjoni diġitali li fih teknoloġiji emerġenti differenti bħal blockchain, intelliġenza artifiċjali, drones, Internet of Things, realtà virtwali, 5G, printers 3D, robots jew vetturi awtonomi huma dejjem aktar preżenti f'diversi oqsma u setturi.
Dawn it-teknoloġiji, li huma stabbiliti biex itejbu l-kwalità tal-ħajja tal-bniedem billi jaċċelleraw l-iżvilupp u jiġġeneraw impatt soċjali, bħalissa qed javvanzaw b'mod parallel. Rari biss naraw kumpaniji jiżviluppaw prodotti li jisfruttaw kombinazzjonijiet ta’ tnejn jew aktar minn dawn it-teknoloġiji, bħal blockchain u IoT jew drones u intelliġenza artifiċjali.
Filwaqt li huma destinati li jikkonverġu u b'hekk jiġġeneraw impatt esponenzjali akbar, l-istadju bikri ta' żvilupp li jinsabu fih u l-iskarsezza ta' żviluppaturi u nies bi sfondi tekniċi jfissru li l-konverġenzi għadhom kompitu pendenti.
Minħabba l-potenzjal ta' tfixkil tagħhom, it-teknoloġiji quantum huma mistennija mhux biss li jikkonverġu ma' dawn it-teknoloġiji l-ġodda kollha, iżda wkoll li jkollhom influwenza wiesgħa fuq kważi kollha kemm huma. Komputazzjoni kwantistika se jhedded l-awtentikazzjoni, l-iskambju u l-ħażna sigura tad-dejta, b’impatt akbar fuq dawk it-teknoloġiji li fihom il-kriptografija għandha rwol aktar rilevanti, bħaċ-ċibersigurtà jew il-blockchain.
Ħalli Irrispondi