Дигитална трансформација мења свет брже него икада раније. Учење о кључним концептима дигиталног доба постаће још важније са неминовним доласком још једног новог таласа технологије способне да трансформише постојеће моделе задивљујућом брзином и снагом: квантног рачунарства.
У овом чланку упоређујемо основне концепте традиционалног рачунарства и квантног рачунарства, а такође почињемо да истражујемо њихову примену у различитим областима.
Шта су квантна својства?
Током историје, људи су развијали технологију јер су кроз науку разумели деловање природе. Између 1900-их и 1930-их, проучавање неких физичких појава које још нису биле добро схваћене довело је до нове физичке теорије: квантне механике. Ова теорија описује и објашњава функционисање микроскопског света, природног станишта молекула, атома и електрона.
Не само да је било у стању да објасни ове појаве, већ је такође омогућило да се разуме да субатомска стварност функционише на потпуно контраинтуитиван, скоро магичан начин, и да се догађаји дешавају у микроскопском свету који се не дешавају у макроскопски свет.
Ова квантна својства укључују квантну суперпозицију, квантну запетљаност и квантну телепортацију.
- Квантна суперпозиција описује како честица може бити у различитим стањима у исто време.
- Квантна уплитање описује како се две честице могу довести у „заплетено“ стање и, након тога, реаговати скоро истовремено на исти начин, упркос њиховој физичкој удаљености. Другим речима, они могу да буду удаљени колико год желите, а када су у интеракцији са једним, други реагује на исту интеракцију.
- Квантна телепортација користи квантну преплетеност за слање информација са једног места у свемиру на друго без потребе да путује кроз свемир.
Квантно рачунарство је засновано на овим квантним својствима субатомске природе.
У овом случају, данашње разумевање микроскопског света кроз квантну механику омогућава нам да измислимо и дизајнирамо технологије способне да побољшају животе људи. Постоји много различитих технологија које користе квантне феномене, а неке од њих, као што су ласери или магнетна резонанца (МРИ), постоје већ више од пола века.
Шта је квантно рачунарство?
Да бисмо разумели како функционишу квантни рачунари, корисно је прво објаснити како функционишу рачунари које свакодневно користимо, а који се у овом чланку називају дигиталним или класичним рачунарима. Ови, као и сви други електронски уређаји као што су таблети или мобилни телефони, користе битове као своје основне јединице меморије. То значи да су програми и апликације кодирани у битовима, односно у бинарном језику нула и јединица.
Сваки пут када ступимо у интеракцију са било којим од ових уређаја, на пример притиском на тастер на тастатури, низови нула и јединица се креирају, уништавају и/или мењају унутар рачунара.
Интересантно је питање, које су то нуле и јединице физички унутар рачунара? Стања нула и један битова одговарају електричној струји која тече или не тече кроз микроскопске делове зване транзистори, који делују као прекидачи. Када струја не тече, транзистор је „искључен“ и одговара биту 0, а када тече, „укључен“ је и одговара биту 1.
У поједностављеном облику, као да битови 0 и 1 одговарају рупама, тако да је празна рупа бит 0, а рупа коју заузима електрон је бит 1. Сада када имамо идеју о томе како функционишу данашњи рачунари , хајде да покушамо да разумемо како функционишу квантни рачунари.
Од битова до кубита
Основна јединица информација у квантном рачунарству је квантни бит или кубит. Кубити су, по дефиницији, квантни системи на два нивоа који, као и битови, могу бити на ниском нивоу, што одговара стању ниске побуде или енергије дефинисаној као 0; или на високом нивоу, који одговара стању веће ексцитације или је дефинисан као 1.
Међутим, и ту лежи фундаментална разлика са класичним рачунарством, кубити такође могу бити у било ком од бесконачног броја међустања између 0 и 1, као што је стање које је пола 0 и пола 1, или три четвртине 0 и једна четвртина од 1. Ова појава је позната као квантна суперпозиција и природна је у квантним системима.
Квантни алгоритми: Експоненцијално моћније и ефикасније рачунарство
Сврха квантних рачунара је да искористе предности ових квантних својстава кубита, као квантних система, да би могли да покрећу квантне алгоритме који користе суперпозицију и преплитање како би понудили много већу процесорску снагу од класичних.
Важно је истаћи да се права промена парадигме не састоји у томе да се ради исто оно што дигитални или класични рачунари – садашњи – раде, већ брже, како многи чланци погрешно тврде, већ да квантни алгоритми омогућавају да се одређене операције изврше. изведена на потпуно другачији начин; то је често ефикасније – то јест, за много краће време или коришћење много мање рачунарских ресурса.
Погледајмо конкретан пример шта ово имплицира. Замислимо да смо у Сан Франциску и желимо да знамо која је најбоља рута до Њујорка од милион опција за долазак тамо (Н=1,000,000). Да бисмо могли да користимо рачунаре за проналажење оптималне руте, потребно је да дигитализујемо 1,000,000 опција, што подразумева њихово превођење у битни језик за класични рачунар и у кубите за квантни рачунар.
Док би класични рачунар морао да прође све путање један по један док не пронађе жељени, квантни рачунар користи предности процеса познатог као квантни паралелизам који му омогућава да, у суштини, размотри све путање одједном. Ово имплицира да ће квантни рачунар пронаћи оптималну руту далеко брже од класичног рачунара, због оптимизације коришћених ресурса.
Да бисмо разумели разлике у рачунарском капацитету, са н кубита можемо да урадимо еквивалент ономе што би било могуће са 2n битс. Често се каже да са око 270 кубита можете имати више основних стања у квантном рачунару – више различитих и истовремених низова знакова – од броја атома у универзуму, за који се процењује да је око 280. Други пример је да се процењује да са квантним рачунаром од 2000 до 2500 кубита можете разбити практично сву криптографију која се данас користи (познату као криптографија јавног кључа).
Што се криптографије тиче, постоје бројне предности коришћења куантум цомпутинг. Ако су два система чисто испреплетена, то значи да су у међусобној корелацији (тј. када се један промени, мења се и други) и ниједна трећа страна не дели ову корелацију.
Одузети
Налазимо се у времену дигиталне трансформације у којој се појављују различите технологије као што су блоцкцхаин, вештачка интелигенција, дронови, интернет ствари, виртуелна стварност, 5Г, 3Д штампачи, роботи или аутономна возила све присутније у више области и сектора.
Ове технологије, које имају за циљ да унапреде квалитет људског живота убрзавањем развоја и генерисањем друштвеног утицаја, тренутно напредују паралелно. Само ретко видимо компаније које развијају производе који искоришћавају комбинације две или више ових технологија, као што су блоцкцхаин и ИоТ или дронови и вештачка интелигенција.
Иако им је предодређено да се конвергирају и тако остваре експоненцијално већи утицај, рана фаза развоја у којој се налазе и недостатак програмера и људи са техничким искуством значе да су конвергенције још увек нерешени задатак.
Због свог разорног потенцијала, очекује се да квантне технологије не само да се приближе свим овим новим технологијама, већ и да имају широк утицај на практично све њих. Куантум цомпутинг ће угрозити аутентификацију, размену и безбедно складиштење података, имајући већи утицај на оне технологије у којима криптографија игра значајнију улогу, као што су сајбер безбедност или блоцкцхаин.
Ostavite komentar