Innholdsfortegnelse[Gjemme seg][Forestilling]
Kvanteberegning behandler data ved å bruke kvantemekaniske prinsipper. Som et resultat krever kvantedatabehandling en annen tilnærming enn klassisk databehandling. Prosessoren som brukes i kvantedatamaskiner er ett eksempel på denne forskjellen.
Mens tradisjonelle datamaskiner bruker silisiumbaserte prosessorer, bruker kvantedatamaskiner kvantesystemer som atomer, ioner, fotoner eller elektroner. De bruker kvantefunksjoner for å representere biter som kan lages i forskjellige kvantesuperposisjoner på 1 og 0.
Så, hva betyr egentlig begrepet "kvante" i denne sammenhengen? Er det et betydelig sprang?
Begrepet kvante kommer fra det latinske ordet kvante, som betyr "mengde". Det er en "diskret mengde energi proporsjonal i størrelsesorden med frekvensen til strålingen den representerer" i fysikk. Diskret refererer til noe som verken er kontinuerlig eller distinkt. Quantum refererer til unike eller betydelige mengder i denne forstand.
Hva er Quantum Computing?
Kvanteberegning bruker algebraiske metoder for å konstruere algoritmer for beregninger, som ofte er de samme eller lik de som brukes i kvantefysikk. Kvantemekanikk refererer på sin side til en grunnleggende fysikkteori som dykker ned i forklaringen av naturens fysiske kvaliteter på størrelse med atomer og subatomære partikler.
A kvantecomputer er dermed en hypotetisk datamaskin som er i stand til å implementere slike algoritmer. Som et resultat er kvantedatamaskiner grunnleggende basert på kvantebiter, også kjent som qubits, som kan lages fra et enkelt elektron.
Kvantematerialet oppfører seg i henhold til kvantemekaniske regler, og bruker forestillinger som sannsynlighetsberegning, superposisjon og forviklinger. Disse ideene tjener som grunnlaget for kvantealgoritmer, som bruker evnene til kvantedatamaskiner for å takle kompliserte problemer.
I denne artikkelen vil jeg diskutere alt du trenger å vite om kvanteforviklinger.
Hva er kvanteforviklinger?
Kvantesammenfiltring oppstår når to systemer er så nært knyttet sammen at det å vite om det ene gir deg umiddelbar kunnskap om det andre, uansett hvor langt fra hverandre de er.
Forskere som Einstein ble forvirret over dette fenomenet, som han kalte "en skummel handling på avstand" siden det brøt regelen om at ingen informasjon kan sendes raskere enn lysets hastighet. Ytterligere eksperimenter med fotoner og elektroner bekreftet imidlertid sammenfiltring.
Entanglement er hjørnesteinen i kvanteberegning. Kvantesammenfiltring i fysikk refererer til en svært sterk kobling mellom kvantepartikler. Denne forbindelsen er så sterk at to eller flere kvantepartikler kan kobles ubønnhørlig sammen mens de er adskilt med enorme avstander.
For å forstå dette ytterligere, vurder en enkel sammenligning som ikke er relatert til fysikk eller databehandling. Tenk på hva som ville skje hvis ikke én, men to mynter ble kastet. Om en mynt lander på hode eller hale har vanligvis liten betydning for utfallet av det andre myntkastet.
Ved sammenfiltring er imidlertid begge deler forbundet eller sammenfiltret, uavhengig av om de er fysisk adskilte. I dette tilfellet, hvis en mynt lander på hoder, vil den andre mynten også vise hoder, og omvendt.
Forstå kvanteforviklinger (med eksempel)
Kvantesammenfiltring er faktisk en situasjon der to systemer (typisk elektroner eller fotoner) er så nært knyttet sammen at innhenting av informasjon om det ene systemets "tilstand" (retningen til elektronets spinn, si "opp") vil gi øyeblikkelig kunnskap om det andre systemets "tilstand" (retningen til det andre elektronets spinn, si "Ned") uavhengig av hvor langt fra hverandre disse systemene eksisterer.
Uttrykkene "umiddelbar" og "uansett hvor langt fra hverandre de er" er viktige. Dette fenomenet har forvirret forskere som Einstein, siden staten ikke er definert før den er målt, og informasjonsoverføring trosser den klassiske fysikkregelen om at informasjon ikke kan bæres raskere enn lysets hastighet.
Imidlertid har sammenfiltring vist seg å bruke både fotoner og elektroner siden 1980-tallet, takket være forskning og testing som begynte på 1980-tallet.
To subatomære partikler (elektroner) kan produseres slik at de kan beskrives med en enkelt bølgefunksjon. Sammenfiltring kan oppnås i én metode ved å la en foreldrepartikkel med null spinn forfalle til to sammenfiltrede datterpartikler med like, men motsatte spinn.
Hvis to datterpartikler ikke samhandler med noe, vil bølgefunksjonene deres forbli like og motsatte uansett hvor langt fra hverandre de måles. Forskere bestemte via testing at tidspunktet for sammenfiltring ikke hadde noen innvirkning på informasjonen.
I stedet sendes informasjon til den andre partikkelen med en hastighet som er høyere enn lysets hastighet bare når informasjonen til en partikkel måles.
Som et resultat flyter informasjonen i dette tempoet. Men vi har ingen kontroll over det – denne mangelen på kontroll begrenser bruken av Quantum Entanglement, for eksempel å sende en melding eller annen informasjon raskere enn lysets hastighet.
Hvilken rolle spiller sammenfiltring i kvanteberegning?
Å endre tilstanden til en sammenfiltret qubit endrer øyeblikkelig tilstanden til den sammenkoblede qubiten i kvantedatamaskiner. Som et resultat akselererer sammenfiltring prosesseringshastigheten til kvantedatamaskiner.
Fordi behandling av én qubit avslører informasjon om mange qubits, vil dobling av antall qubits ikke nødvendigvis øke antallet prosesser (dvs. de sammenfiltrede qubits).
Kvanteforviklinger, ifølge studier, er nødvendig for at en kvantealgoritme skal levere en eksponentiell hastighetsøkning i forhold til klassiske beregninger.
Entanglement-applikasjoner i kvanteberegning
Flere applikasjoner kan dra nytte av denne enestående fysiske egenskapen, som vil endre vår nåtid og fremtid. Kvantekryptering, supertett koding, kanskje raskere overføring enn lys, og til og med teleportering kan alle være aktivert av sammenfiltring.
Kvantedatamaskiner har potensial til å takle tids- og prosesseringskraftkrevende utfordringer i en rekke bransjer, inkludert finans og bank.
Kvanteforviklinger er et fenomen som kan hjelpe slike datamaskiner ved å redusere mengden tid og prosessorkraft som kreves for å håndtere dataflyt mellom qubitene deres.
1. Kvantekryptering
I klassisk kryptografi koder avsenderen meldingen med én nøkkel, mens mottakeren dekoder den med den delte nøkkelen. Det er imidlertid en fare for at en tredjepart får kunnskap om nøklene og kan avskjære og undergrave kryptografi.
Å skape en trygg kanal mellom de to partene er hjørnesteinen til uknuselig kryptografi. Sammenfiltring kan forårsake dette. Ettersom de to systemene er sammenfiltret, er de korrelert med hverandre (når det ene endres, endres det også), og ingen tredjepart vil dele denne korrelasjonen.
Kvantekryptografi drar også nytte av ikke-kloning, noe som betyr at det er umulig å generere en identisk kopi av en ukjent kvantetilstand. Som et resultat er det umulig å replikere data kodet i en kvantetilstand.
Med en ugjennomtrengelig kvantenøkkeldistribusjon er kvantekryptografi allerede realisert (QKD). QKD bruker tilfeldig polariserte fotoner for å kommunisere informasjon om nøkkelen. Mottakeren dechiffrerer nøkkelen ved hjelp av polariserende filtre og teknikken som brukes for å kryptere meldingen.
De hemmelige dataene overføres fortsatt gjennom standard kommunikasjonslinjer, men bare den eksakte kvantenøkkelen kan dekode meldingen. Fordi å "lese" de polariserte fotonene endrer tilstanden deres, varsler enhver avlytting kommunikatorene om inntrengingen.
QKD-teknologi er for tiden begrenset av fiberoptisk kabel, som kan levere et foton i rundt 100 km før den blir for svak til å motta. I 2004 skjedde den første sammenfiltrede QKD-bankoverføringen i Østerrike.
Å sørge for at overføring av uknuselig og manipulasjonssikker kommunikasjon som beviselig er sikker basert på fysiske prinsipper har åpenbare anvendelser innen finans, bank, militær, medisinsk og andre sektorer. Flere virksomheter bruker nå entangled QKD.
2. Kvanteteleportering
Kvanteteleportering er også metoden for å overføre kvanteinformasjon mellom to parter, som fotoner, atomer, elektroner og superledende kretser. Ifølge forskning lar teleportering QC-er kjøre parallelt mens de bruker mindre strøm, noe som reduserer strømforbruket med 100 til 1000 ganger.
Skillet mellom kvanteteleportasjon og kvantekryptografi er som følger:
- Utveksling av kvanteteleportering Over en klassisk kanal sendes "kvante"-informasjon.
- Utveksling av kvantekryptografi Over en kvantekanal sendes "klassisk" informasjon.
Kraftbehovet til kvantedatamaskiner genererer varme, noe som er en utfordring gitt at de må operere ved så lave temperaturer. Teleportering har potensial til å føre til designløsninger som vil akselerere utviklingen av kvantedatabehandling.
3. Biologisk system
Menneskekroppen, som alle skapninger, er i kontinuerlig endring på grunn av samspillet mellom millioner av kjemiske og biologiske prosesser. Inntil nylig ble de antatt å være lineære, med "A" som førte til "B." Imidlertid har kvantebiologi og biofysikk avdekket en enorm mengde sammenheng i biologiske systemer, med QE som spiller en rolle.
Måten de ulike underenhetene av protein strukturer er pakket sammen, er utviklet for å tillate vedvarende kvantesammenfiltring og sammenheng. Kvantebiologi er fortsatt et teoretisk tema med ulike ubesvarte bekymringer; når de behandles, vil anvendelser innen medisin bli stadig mer synlige.
Kvantedatabehandling kan i teorien ligne bedre på naturen (ved å simulere atombinding) og kvantebiologiske systemer enn klassiske datamaskiner.
4. Superdense-koding
Superdense-koding er metoden for å overføre to konvensjonelle biter med informasjon ved å bruke en enkelt entangled qubit. Kode som er supertett kan:
- Lar brukeren sende halvparten av det som er nødvendig for å rekonstruere en klassisk melding på forhånd, slik at brukeren kan kommunisere med dobbel hastighet til de forhåndsleverte qubitene går tom.
- En toveis kvantekanals kapasitet i én retning dobles.
- Konverter båndbredde med høy latens til båndbredde med lav latens ved å overføre halvparten av dataene over kanalen med høy latens for å støtte dataene som kommer inn over kanalen med lav latens.
Hver generasjon kommunikasjon har krevd mer dataoverføring. En sammenlignbar gevinst i informasjon vil være mulig med superdense koding.
konklusjonen
Kvanteforviklinger kan tillate oss å jobbe med data på tidligere utenkelige måter. Ved å integrere kvantedatabehandling med entanglement vil vi kunne svare på problemstillinger som krever en enorm mengde data på en mer effektiv og sikker måte.
Med tillegg av biologiske og astronomiske applikasjoner, kan QE brukes til å svare på spørsmålene som mennesker lenge har tenkt på: hvor kom vi fra og hvordan begynte det hele?
Jo mer teknologien utvikles, desto flere bruksområder vil vi finne for det – det har et enormt løfte!
Legg igjen en kommentar