Përmbajtje[Fshih][Shfaqje]
Llogaritja kuantike përpunon të dhënat duke përdorur parimet e mekanikës kuantike. Si rezultat, llogaritja kuantike kërkon një qasje të ndryshme nga llogaritja klasike. Procesori i përdorur në kompjuterët kuantikë është një shembull i këtij dallimi.
Ndërsa kompjuterët tradicionalë përdorin procesorë me bazë silikoni, kompjuterët kuantikë përdorin sisteme kuantike si atomet, jonet, fotonet ose elektronet. Ata përdorin veçori kuantike për të përfaqësuar bit që mund të krijohen në mbivendosje të ndryshme kuantike prej 1 dhe 0.
Pra, çfarë do të thotë saktësisht termi "kuantike" në këtë kontekst? A është një kërcim domethënës?
Termi kuant rrjedh nga fjala latine quantum, që do të thotë "sasi". Është një "sasi diskrete energjie proporcionale në madhësi me frekuencën e rrezatimit që përfaqëson" në fizikë. Diskret i referohet diçkaje që nuk është as e vazhdueshme as e dallueshme. Kuantike i referohet sasive unike ose domethënëse në këtë kuptim.
Çfarë është llogaritja kuantike?
Llogaritja kuantike po përdor metoda algjebrike për të ndërtuar algoritme për llogaritjet, të cilat shpesh janë të njëjta ose të ngjashme me ato të përdorura në fizikën kuantike. Mekanika kuantike, nga ana tjetër, i referohet një teorie bazë të fizikës që zhytet në shpjegimin e cilësive fizike të natyrës në madhësinë e atomeve dhe grimcave nënatomike.
A kompjuter kuantik është pra një kompjuter hipotetik i aftë për të zbatuar algoritme të tilla. Si rezultat, kompjuterët kuantikë bazohen në thelb në bit kuantikë, të njohur gjithashtu si kubit, të cilët mund të krijohen nga një elektron i vetëm.
Materiali kuantik sillet sipas rregullave të mekanikës kuantike, duke përdorur nocione si llogaritja probabilistike, mbivendosja dhe ngatërrim. Këto ide shërbejnë si bazë për algoritmet kuantike, të cilat përdorin aftësitë e kompjuterëve kuantikë për të trajtuar probleme të ndërlikuara.
Në këtë artikull, unë do të diskutoj gjithçka që ju duhet të dini rreth ngatërrimit kuantik.
Çfarë është ngatërresa kuantike?
Ngatërrimi kuantik ndodh kur dy sisteme janë aq të lidhura ngushtë, saqë njohja e njërit ju jep njohuri të menjëhershme për tjetrin, pavarësisht se sa larg janë.
Shkencëtarët si Ajnshtajni u hutuan nga ky fenomen, të cilin ai e quajti "një veprim drithërues në distancë" pasi thyente rregullin se asnjë informacion nuk mund të dërgohet më shpejt se shpejtësia e dritës. Eksperimentet shtesë duke përdorur fotone dhe elektrone, megjithatë, verifikuan ngatërrimin.
Ngatërrimi është gurthemeli i llogaritjes kuantike. Ngatërrimi kuantik në fizikë i referohet një lidhjeje shumë të fortë midis grimcave kuantike. Kjo lidhje është aq e fortë sa dy ose më shumë grimca kuantike mund të lidhen në mënyrë të pashmangshme ndërsa ndahen nga distanca të mëdha.
Për ta kuptuar më tej këtë, merrni parasysh një krahasim të thjeshtë që nuk lidhet me fizikën apo informatikën. Mendoni se çfarë do të ndodhte nëse do të hidheshin jo një, por dy monedha. Zakonisht, nëse një monedhë bie në kokë ose në bisht, ka pak ndikim në rezultatin e hedhjes së dytë të monedhës.
Megjithatë, në rastin e ngatërrimit, të dyja pjesët lidhen ose ngatërrohen, pavarësisht nëse ato janë fizikisht të ndara. Në këtë rast, nëse një monedhë bie mbi kokat, monedha e dytë do të shfaq gjithashtu kokat, dhe anasjelltas.
Kuptimi i ngatërrimit kuantik (me shembull)
Ngatërrimi kuantik është në të vërtetë një situatë në të cilën dy sisteme (zakonisht elektronet ose fotonet) janë aq ngushtë të lidhura saqë marrja e informacionit rreth "gjendjes" së një sistemi (drejtimi i rrotullimit të elektronit, le të themi "Lart") do të jepte njohuri të menjëhershme për sistemin tjetër. "gjendje" (drejtimi i rrotullimit të elektronit të dytë, thuaj "Poshtë") pavarësisht se sa larg ekzistojnë këto sisteme.
Frazat "i menjëhershëm" dhe "pavarësisht se sa larg janë" janë domethënëse. Ky fenomen ka hutuar shkencëtarë si Ajnshtajni, pasi gjendja nuk përcaktohet derisa të matet, dhe transmetimi i informacionit kundërshton rregullin klasik të fizikës që informacioni nuk mund të bartet më shpejt se shpejtësia e dritës.
Sidoqoftë, ngatërrimi është vërtetuar se përdor fotone dhe elektrone që nga vitet 1980, falë kërkimeve dhe testimeve që filluan në vitet 1980.
Dy grimca nënatomike (elektrone) mund të prodhohen në mënyrë që ato të përshkruhen nga një funksion i vetëm valor. Ngatërrimi mund të arrihet me një metodë duke lejuar një grimcë mëmë me rrotullime zero të kalbet në dy grimca bijë të ngatërruara me rrotullime të barabarta por të kundërta.
Nëse dy grimca bija nuk ndërveprojnë me asgjë, funksionet e tyre valore do të qëndrojnë të barabarta dhe të kundërta, pavarësisht se sa larg janë matur ato. Shkencëtarët përcaktuan nëpërmjet testimit se koha e ngatërrimit nuk kishte ndikim në informacion.
Në vend të kësaj, informacioni i dërgohet grimcës tjetër me një shpejtësi më të madhe se shpejtësia e dritës vetëm kur matet informacioni i një grimce.
Si rezultat, informacioni rrjedh me këtë ritëm. Por ne nuk kemi asnjë kontroll mbi të – kjo mungesë kontrolli kufizon përdorimet e Ngatërresës Kuantike, të tilla si dërgimi i një mesazhi ose informacioni tjetër më shpejt se shpejtësia e dritës.
Çfarë roli luan ndërthurja në llogaritjen kuantike?
Ndryshimi i gjendjes së një kubiti të ngatërruar ndryshon në çast gjendjen e kubitit të çiftuar në kompjuterët kuantikë. Si rezultat, ngatërrimi përshpejton shpejtësinë e përpunimit të kompjuterëve kuantikë.
Për shkak se përpunimi i një kubiti zbulon informacione për kubitët e shumtë, dyfishimi i numrit të kubitëve nuk rrit domosdoshmërisht numrin e proceseve (dmth. kubitët e ngatërruar).
Ngatërrimi kuantik, sipas studimeve, kërkohet që një algoritëm kuantik të japë një shpejtësi eksponenciale mbi llogaritjet klasike.
Aplikimet e ndërthurjes në llogaritjen kuantike
Disa aplikacione mund të përfitojnë nga kjo karakteristikë fizike e veçantë, e cila do të ndryshojë të tashmen dhe të ardhmen tonë. Kriptimi kuantik, kodimi tepër i dendur, transmetimi ndoshta më i shpejtë se drita, madje edhe teleportimi mund të mundësohen të gjitha nga ngatërrimi.
Kompjuterët kuantikë kanë potencialin për të trajtuar sfidat me kohë dhe përpunimin e energjisë intensive në një sërë industrish, duke përfshirë financat dhe bankat.
Ngatërrimi kuantik është një fenomen që mund t'i ndihmojë kompjuterët e tillë duke reduktuar sasinë e kohës dhe fuqisë përpunuese të nevojshme për të trajtuar rrjedhën e të dhënave midis kubitëve të tyre.
1. Kriptografia kuantike
Në kriptografinë klasike, dërguesi e kodon mesazhin me një çelës, ndërsa marrësi e deshifron atë me çelësin e përbashkët. Megjithatë, ekziston rreziku që një palë e tretë të marrë njohuri për çelësat dhe të jetë në gjendje të përgjojë dhe minojë kriptografinë.
Krijimi i një kanali të sigurt midis dy palëve është gurthemeli i kriptografisë së pathyeshme. Ngatërrimi mund ta shkaktojë këtë. Ndërsa dy sistemet janë të ndërlidhura, ato janë të ndërlidhura me njëri-tjetrin (kur njëri ndryshon, ndryshon dhe tjetri), dhe asnjë palë e tretë nuk do ta ndajë këtë lidhje.
Kriptografia kuantike përfiton gjithashtu nga mosklonimi, që do të thotë se është e pamundur të gjenerohet një kopje identike e një gjendje kuantike të panjohur. Si rezultat, është e pamundur të përsëriten të dhënat e koduara në një gjendje kuantike.
Me një shpërndarje të padepërtueshme të çelësit kuantik, tashmë është realizuar kriptografia kuantike (QKD). QKD përdor fotone të polarizuar rastësisht për të komunikuar informacion rreth çelësit. Marrësi deshifron çelësin duke përdorur filtra polarizues dhe teknikën e përdorur për të enkriptuar mesazhin.
Të dhënat sekrete ende transferohen përmes linjave standarde të komunikimit, por vetëm çelësi i saktë kuantik mund të dekodojë mesazhin. Për shkak se "leximi" i fotoneve të polarizuara ndryshon gjendjen e tyre, çdo përgjim paralajmëron komunikuesit për ndërhyrjen.
Teknologjia QKD është aktualisht e kufizuar nga kablloja me fibër optike, e cila mund të japë një foton për rreth 100 km përpara se të bëhet shumë i dobët për t'u marrë. Në 2004, transferta e parë bankare e ngatërruar QKD ndodhi në Austri.
Sigurimi i transmetimit të komunikimeve të pathyeshme dhe të padëmshme që janë të sigurta të sigurta bazuar në parimet fizike, ka aplikime të dukshme në financa, banka, ushtri, mjekësi dhe sektorë të tjerë. Disa biznese tani po përdorin QKD të ngatërruar.
2. Teleportimi kuantik
Teleportimi kuantik është gjithashtu metoda e transmetimit të informacionit kuantik midis dy palëve, si fotonet, atomet, elektronet dhe qarqet superpërcjellëse. Sipas hulumtimit, teleportimi lejon QC-të të funksionojnë paralelisht duke përdorur më pak energji elektrike duke ulur përdorimin e energjisë nga 100 deri në 1000 herë.
Dallimi midis teleportimit kuantik dhe kriptografisë kuantike është si më poshtë:
- Shkëmbimet e teleportimit kuantik Përmes një kanali klasik, dërgohet informacion "kuantik".
- Shkëmbimet e kriptografisë kuantike Përmes një kanali kuantik, dërgohet informacion "klasik".
Nevojat për energji të kompjuterëve kuantikë gjenerojnë nxehtësi, e cila është një sfidë duke pasur parasysh se ata duhet të funksionojnë në temperatura kaq të ulëta. Teleportimi ka potencialin të çojë në zgjidhje të projektimit që do të përshpejtojnë zhvillimin e llogaritjes kuantike.
3. Sistemi Biologjik
Trupi i njeriut, si të gjitha krijesat, po ndryshon vazhdimisht për shkak të ndërveprimit të miliona proceseve kimike dhe biologjike. Deri kohët e fundit, ato supozoheshin të ishin lineare, me "A" që çon në "B". Megjithatë, biologjia kuantike dhe biofizika kanë zbuluar një sasi të madhe koherence brenda sistemeve biologjike, ku QE luan një rol.
Mënyra e nënnjësive të ndryshme të strukturat e proteinave janë të paketuara së bashku është zhvilluar për të lejuar ndërthurje të qëndrueshme kuantike dhe koherencë. Biologjia Kuantike është ende një temë teorike me shqetësime të ndryshme pa përgjigje; kur të adresohen, aplikimet në mjekësi do të bëhen gjithnjë e më të dukshme.
Llogaritja kuantike, në teori, mund t'i ngjajë më mirë natyrës (duke simuluar lidhjen atomike) dhe sistemeve biologjike kuantike sesa kompjuterët klasikë.
4. Kodimi Superdense
Kodimi super i dendur është metoda e transmetimit të dy pjesëve konvencionale të informacionit duke përdorur një kubit të vetëm të ngatërruar. Kodi që është shumë i dendur mund të:
- Lejon përdoruesin të dërgojë gjysmën e asaj që nevojitet për të rindërtuar një mesazh klasik përpara kohe, duke i lejuar përdoruesit të komunikojë me dyfishin e shpejtësisë derisa kubitët e dorëzuar paraprakisht të mbarojnë.
- Kapaciteti i një kanali kuantik të dyanshëm në një drejtim është dyfishuar.
- Konvertoni gjerësinë e brezit me vonesë të lartë në gjerësinë e brezit me vonesë të ulët duke transmetuar gjysmën e të dhënave në kanalin me vonesë të lartë për të mbështetur të dhënat që vijnë përmes kanalit me vonesë të ulët.
Çdo gjeneratë e komunikimit ka kërkuar për më shumë transferim të të dhënave. Një fitim i krahasueshëm në informacion do të jetë i mundur me kodim super të dendur.
Përfundim
Ngatërrimi kuantik mund të na lejojë të punojmë me të dhënat në mënyra të paimagjinueshme më parë. Duke integruar llogaritjen kuantike me ndërthurjen, ne do të jemi në gjendje t'u përgjigjemi çështjeve që kërkojnë një sasi masive të dhënash në një mënyrë më efikase dhe të sigurt.
Me shtimin e aplikacioneve biologjike dhe astronomike, QE mund të përdoret për t'iu përgjigjur çështjeve që njerëzit kanë menduar prej kohësh: nga erdhëm dhe si filloi gjithçka?
Sa më shumë të përparojë teknologjia, aq më shumë aplikacione do të gjejmë për të - kjo ka premtime të jashtëzakonshme!
Lini një Përgjigju