Transformimi dixhital po ndryshon botën më shpejt se kurrë më parë. Mësimi rreth koncepteve kyçe të epokës dixhitale do të bëhet edhe më kritik me ardhjen e afërt të një valë tjetër të re teknologjie të aftë për të transformuar modelet ekzistuese me shpejtësi dhe fuqi mahnitëse: informatikë kuantike.
Në këtë artikull, ne krahasojmë konceptet bazë të llogaritjes tradicionale dhe llogaritjes kuantike, dhe gjithashtu fillojmë të eksplorojmë zbatimin e tyre në fusha të ndryshme.
Cilat janë vetitë kuantike?
Gjatë historisë, njerëzit kanë zhvilluar teknologjinë pasi kanë arritur të kuptojnë funksionimin e natyrës përmes shkencës. Ndërmjet viteve 1900 dhe 1930, studimi i disa fenomeneve fizike që nuk ishin kuptuar ende mirë, shkaktoi një teori të re fizike: Mekanika Kuantike. Kjo teori përshkruan dhe shpjegon funksionimin e botës mikroskopike, habitatin natyror të molekulave, atomeve dhe elektroneve.
Jo vetëm që ka mundur të shpjegojë këto dukuri, por ka bërë të mundur edhe të kuptojmë se realiteti nënatomik funksionon në një mënyrë krejtësisht kundërintuitive, pothuajse magjike dhe se në botën mikroskopike ndodhin ngjarje që nuk ndodhin në botë makroskopike.
Këto veti kuantike përfshijnë mbivendosjen kuantike, ndërthurjen kuantike dhe teleportimin kuantik.
- Mbivendosje kuantike përshkruan se si një grimcë mund të jetë në gjendje të ndryshme në të njëjtën kohë.
- Ngatërrim kuantik përshkruan se si dy grimca mund të sillen në një gjendje "të ngatërruar" dhe, pas kësaj, të përgjigjen pothuajse njëkohësisht në të njëjtën mënyrë, pavarësisht distancës së tyre fizike. Me fjalë të tjera, ato mund të vendosen aq larg sa të dëshirohet dhe, kur ndërveprojnë me njërin, tjetri reagon ndaj të njëjtit ndërveprim.
- Teleportimi kuantik përdor ndërthurjen kuantike për të dërguar informacion nga një vend në hapësirë në tjetrin pa pasur nevojë të udhëtojë nëpër hapësirë.
Llogaritja kuantike bazohet në këto veti kuantike të natyrës nënatomike.
Në këtë rast, të kuptuarit e sotëm të botës mikroskopike përmes Mekanikës Kuantike na lejon të shpikim dhe projektojmë teknologji të afta për të përmirësuar jetën e njerëzve. Ka shumë teknologji të ndryshme që përdorin fenomene kuantike, dhe disa prej tyre, të tilla si lazerët ose imazhet me rezonancë magnetike (MRI), kanë ekzistuar për më shumë se gjysmë shekulli.
Çfarë është llogaritja kuantike?
Për të kuptuar se si funksionojnë kompjuterët kuantikë, është e dobishme fillimisht të shpjegojmë se si funksionojnë kompjuterët që përdorim çdo ditë, të referuar në këtë artikull si kompjuterë dixhitalë ose klasikë. Këto, si të gjitha pajisjet e tjera elektronike si tabletët ose telefonat celularë, përdorin bit si njësitë e tyre themelore të memories. Kjo do të thotë që programet dhe aplikacionet janë të koduara në bit, pra në një gjuhë binare prej zero dhe njësh.
Sa herë që ndërveprojmë me ndonjë nga këto pajisje, për shembull duke shtypur një tast në tastierë, vargjet e zerave dhe njësh krijohen, shkatërrohen dhe/ose modifikohen brenda kompjuterit.
Pyetja interesante është, çfarë janë këto zero dhe njësh fizikisht brenda kompjuterit? Gjendjet zero dhe një të biteve korrespondojnë me rrymën elektrike që rrjedh, ose jo, përmes pjesëve mikroskopike të quajtura transistorë, të cilët veprojnë si ndërprerës. Kur nuk rrjedh rrymë, transistori është "off" dhe korrespondon me një bit 0, dhe kur ai rrjedh, ai është "i ndezur" dhe korrespondon me bitin 1.
Në një formë më të thjeshtuar, është sikur bitet 0 dhe 1 të korrespondojnë me vrima, kështu që një vrimë e zbrazët është pak 0 dhe një vrimë e zënë nga një elektron është pak 1. Tani që kemi një ide se si funksionojnë kompjuterët e sotëm , le të përpiqemi të kuptojmë se si funksionojnë kompjuterët kuantikë.
Nga bit në kubit
Njësia themelore e informacionit në llogaritjen kuantike është biti kuantik ose kubiti. Kubitët janë, sipas përkufizimit, sisteme kuantike me dy nivele, të cilat, si bit, mund të jenë në nivelin e ulët, i cili korrespondon me një gjendje të ngacmimit ose energjisë së ulët të përcaktuar si 0; ose në nivelin e lartë, që korrespondon me një gjendje të ngacmimit më të lartë ose të përcaktuar si 1.
Sidoqoftë, dhe këtu qëndron ndryshimi themelor me llogaritjen klasike, kubitët mund të jenë gjithashtu në cilindo prej një numri të pafund gjendjesh të ndërmjetme midis 0 dhe 1, si një gjendje që është gjysma 0 dhe gjysma 1, ose tre të katërtat e 0 dhe një e katërta prej 1. Ky fenomen njihet si mbivendosje kuantike dhe është i natyrshëm në sistemet kuantike.
Algoritmet kuantike: llogaritje në mënyrë eksponenciale më të fuqishme dhe efikase
Qëllimi i kompjuterëve kuantikë është të përfitojnë nga këto veti kuantike të kubitëve, si sisteme kuantike, për të qenë në gjendje të ekzekutojnë algoritme kuantike që përdorin mbivendosje dhe ngatërrim për të ofruar fuqi shumë më të madhe përpunuese se ato klasike.
Është e rëndësishme të theksohet se ndryshimi i vërtetë i paradigmës nuk konsiston në të njëjtën gjë që bëjnë kompjuterët dixhitalë ose klasikë - ata aktualët -, por më shpejt, siç pretendojnë gabimisht shumë artikuj, por më tepër që algoritmet kuantike lejojnë që disa operacione të bëhen kryhet në një mënyrë krejtësisht të ndryshme; që shpesh është më efikas - domethënë në shumë më pak kohë ose duke përdorur shumë më pak burime llogaritëse -.
Le të shohim një shembull konkret se çfarë nënkupton kjo. Le të imagjinojmë se jemi në San Francisko dhe duam të dimë se cila është rruga më e mirë për në Nju Jork nga një milion opsione për të arritur atje (N=1,000,000). Për të qenë në gjendje të përdorim kompjuterët për të gjetur rrugën optimale, duhet të dixhitalizojmë 1,000,000 opsione, që nënkupton përkthimin e tyre në gjuhën bit për kompjuterin klasik dhe në kubit për kompjuterin kuantik.
Ndërsa një kompjuter klasik do të duhet të kalojë nëpër të gjitha shtigjet një nga një derisa të gjejë atë të dëshiruar, një kompjuter kuantik përfiton nga një proces i njohur si paralelizmi kuantik që i lejon atij, në thelb, të marrë parasysh të gjitha shtigjet menjëherë. Kjo nënkupton që kompjuteri kuantik do të gjejë rrugën optimale shumë më shpejt se kompjuteri klasik, për shkak të optimizimit të burimeve të përdorura.
Për të kuptuar ndryshimet në kapacitetin llogaritës, me n kubit mund të bëjmë ekuivalentin me atë që do të ishte e mundur me 2n copa. Shpesh thuhet se me rreth 270 kubit mund të keni më shumë gjendje bazë në një kompjuter kuantik – vargje më të ndryshme dhe të njëkohshme karakteresh – sesa numri i atomeve në univers, i cili vlerësohet të jetë rreth 280. Një shembull tjetër është se vlerësohet se me një kompjuter kuantik prej 2000 deri në 2500 kubit ju mund të thyeni pothuajse të gjithë kriptografinë e përdorur sot (e njohur si kriptografia me çelës publik).
Për sa i përket kriptografisë, ka shumë përparësi për t'u përdorur informatikë kuantike. Nëse dy sisteme janë thjesht të ndërlidhura, kjo do të thotë se ato janë të ndërlidhura me njëri-tjetrin (dmth, kur njëri ndryshon, ndryshon edhe tjetri) dhe asnjë palë e tretë nuk e ndan këtë korrelacion.
Takeaway
Jemi në një kohë të transformimit dixhital në të cilin teknologji të ndryshme në zhvillim si blockchain, inteligjenca artificiale, dronët, interneti i gjërave, realiteti virtual, 5G, printerët 3D, robotët ose automjete autonome janë gjithnjë e më të pranishme në fusha dhe sektorë të shumtë.
Këto teknologji, të cilat synojnë të përmirësojnë cilësinë e jetës njerëzore duke përshpejtuar zhvillimin dhe duke gjeneruar ndikim social, aktualisht po përparojnë paralelisht. Vetëm rrallë shohim kompani që zhvillojnë produkte që shfrytëzojnë kombinime të dy ose më shumë prej këtyre teknologjive, të tilla si blockchain dhe IoT ose drone dhe inteligjencës artificiale.
Ndërsa ata janë të destinuar të konvergjojnë dhe kështu të gjenerojnë ndikim në mënyrë eksponenciale më të madhe, faza e hershme e zhvillimit në të cilën ndodhen dhe mungesa e zhvilluesve dhe njerëzve me prejardhje teknike do të thotë se konvergjencat janë ende një detyrë në pritje.
Për shkak të potencialit të tyre përçarës, teknologjitë kuantike pritet jo vetëm të konvergojnë me të gjitha këto teknologji të reja, por gjithashtu të kenë një ndikim të gjerë në pothuajse të gjitha ato. Llogaritja kuantike do të kërcënojë vërtetimin, shkëmbimin dhe ruajtjen e sigurt të të dhënave, duke pasur një ndikim më të madh në ato teknologji në të cilat kriptografia luan një rol më të rëndësishëm, të tilla si siguria kibernetike ose blockchain.
Lini një Përgjigju