Преглед садржаја[Сакрити][Прикажи]
Квантно рачунарство обрађује податке користећи принципе квантне механике. Као резултат тога, квантно рачунарство захтева другачији приступ од класичног рачунарства. Процесор који се користи у квантним рачунарима је један пример ове разлике.
Док традиционални рачунари користе процесоре засноване на силицијуму, квантни рачунари користе квантне системе као што су атоми, јони, фотони или електрони. Они користе квантне карактеристике за представљање битова који се могу створити у различитим квантним суперпозицијама од 1 и 0.
Дакле, шта тачно значи термин „квант“ у овом контексту? Да ли је то значајан скок?
Термин квант потиче од латинске речи куантум, што значи „квантитет“. То је 'дискретна количина енергије пропорционална по величини фреквенцији зрачења коју представља' у физици. Дискретно се односи на нешто што није ни континуирано ни различито. Квант се односи на јединствене или значајне количине у овом смислу.
Шта је квантно рачунарство?
Куантум цомпутинг користи алгебарске методе за конструисање алгоритама за прорачуне, који су често исти или слични онима који се користе у квантној физици. Квантна механика се, заузврат, односи на основну физичку теорију која се бави објашњењем физичких квалитета природе у величини атома и субатомских честица.
A квантни рачунар је стога хипотетички рачунар способан да имплементира такве алгоритме. Као резултат тога, квантни рачунари су у основи засновани на квантним битовима, такође познатим као кубити, који се могу створити од једног електрона.
Квантни материјал се понаша у складу са правилима квантне механике, користећи појмове као што су вероватноћа израчунавања, суперпозиције и заплетеност. Ове идеје служе као основа за квантне алгоритме, који користе могућности квантних рачунара за решавање компликованих проблема.
У овом чланку ћу разговарати о свему што треба да знате о квантном заплету.
Шта је квантна запетљаност?
Квантна запетљаност настаје када су два система тако блиско повезана да сазнање о једном даје тренутно знање о другом, без обзира колико су удаљени.
Научници попут Ајнштајна били су збуњени овим феноменом, који је назвао „сабласном акцијом на даљину“ јер је прекршио правило да се ниједна информација не може послати брже од брзине светлости. Међутим, додатни експерименти који користе фотоне и електроне су потврдили заплетање.
Преплитање је камен темељац квантног рачунарства. Квантна запетљаност у физици се односи на веома јаку везу између квантних честица. Ова веза је толико јака да две или више квантних честица могу бити неумољиво повезане док су раздвојене огромним растојањима.
Да бисте ово додатно схватили, размотрите једноставно поређење које није повезано са физиком или рачунарством. Размислите шта би се догодило да се баци не један, већ два новчића. Обично, да ли један новчић падне на главу или реп, мало утиче на исход другог бацања новчића.
Међутим, у случају преплитања, оба дела су повезана или уплетена, без обзира да ли су физички одвојени. У овом случају, ако један новчић падне на главе, други новчић ће такође приказати главе, и обрнуто.
Разумевање квантне запетљаности (са примером)
Квантна запетљаност је заиста ситуација у којој су два система (обично електрони или фотони) тако блиско повезана да би стицање информација о „стању“ једног система (смер окретања електрона, рецимо „горе“) донело тренутно сазнање о стању другог система. „стање“ (смер окретања другог електрона, рецимо „надоле“) без обзира на то колико удаљени ови системи постоје.
Изрази „тренутни” и „без обзира на то колико су удаљени” су значајни. Овај феномен је збунио научнике попут Ајнштајна, јер стање није дефинисано док се не измери, а пренос информација пркоси правилу класичне физике да се информације не могу преносити брже од брзине светлости.
Међутим, доказано је да заплетање користи и фотоне и електроне од 1980-их, захваљујући истраживању и тестирању које је почело 1980-их.
Две субатомске честице (електрона) могу се произвести тако да се могу описати једном таласном функцијом. Преплитање се може постићи једном методом дозвољавањем матичној честици са нултим спиновима да се распадне на две уплетене ћерке честице са једнаким, али супротним спиновима.
Ако две ћерке честице не ступе у интеракцију ни са чим, њихове таласне функције ће остати једнаке и супротне без обзира колико су удаљене једна од друге. Научници су тестирањем утврдили да време заплетања није имало утицаја на информације.
Уместо тога, информације се шаљу другој честици брзином већом од брзине светлости само када се мери информација једне честице.
Као резултат, информације теку овим темпом. Али ми немамо контролу над тим – овај недостатак контроле ограничава употребу квантне запетљаности, као што је слање поруке или друге информације брже од брзине светлости.
Какву улогу игра заплетање у квантном рачунарству?
Промена стања уплетеног кубита тренутно мења стање упареног кубита у квантним рачунарима. Као резултат тога, преплитање убрзава брзину обраде квантних рачунара.
Пошто обрада једног кубита открива информације о бројним кубитима, удвостручавање броја кубита не мора нужно да повећа број процеса (тј. заплетених кубита).
Према студијама, квантна запетљаност је неопходна да би квантни алгоритам обезбедио експоненцијално убрзање у односу на класичне прорачуне.
Примене заплетања у квантном рачунарству
Неколико апликација може имати користи од ове јединствене физичке карактеристике, која ће променити нашу садашњост и будућност. Квантна енкрипција, супергусто кодирање, можда пренос бржи од светлости, па чак и телепортација могу бити омогућени заплетом.
Квантни рачунари имају потенцијал да се суоче са изазовима који захтевају време и обраду енергије у различитим индустријама, укључујући финансије и банкарство.
Квантна запетљаност је феномен који би могао помоћи таквим рачунарима смањењем количине времена и процесорске снаге потребне за руковање протоком података између њихових кубита.
1. Квантна криптографија
У класичној криптографији, пошиљалац кодира поруку једним кључем, док је прималац декодира заједничким кључем. Међутим, постоји опасност да ће трећа страна добити сазнање о кључевима и бити у стању да пресретне и поткопа криптографију.
Стварање безбедног канала између две стране је камен темељац за нераскидиву криптографију. Заплитање може изазвати ово. Како су два система испреплетена, они су међусобно повезани (када се један промени, мења се и други), и ниједна трећа страна неће делити ову корелацију.
Квантна криптографија такође има користи од неклонирања, што значи да је немогуће генерисати идентичну реплику непознатог квантног стања. Као резултат тога, немогуће је реплицирати податке кодиране у квантном стању.
Са непробојном дистрибуцијом квантне кључеве, квантна криптографија је већ реализована (ККД). ККД користи насумично поларизоване фотоне за преношење информација о кључу. Прималац дешифрује кључ користећи поларизационе филтере и технику која се користи за шифровање поруке.
Тајни подаци се и даље преносе путем стандардних комуникационих линија, али само тачан квантни кључ може декодирати поруку. Пошто „читање“ поларизованих фотона мења њихова стања, свако прислушкивање упозорава комуникаторе на упад.
ККД технологија је тренутно ограничена оптичким каблом, који може да испоручи фотон на око 100 км пре него што постане сувише слаб за пријем. 2004. године у Аустрији се догодио први замршени ККД банковни трансфер.
Обезбеђивање да пренос нераскидивих и заштићених комуникација које су доказиво безбедне на основу физичких принципа има очигледну примену у финансијама, банкарству, војном, медицинском и другим секторима. Неколико предузећа сада користи заплетени ККД.
2. Квантна телепортација
Квантна телепортација је такође метод преношења квантних информација између две стране, као што су фотони, атоми, електрони и суперпроводна кола. Према истраживању, телепортација омогућава да КЦ раде паралелно уз коришћење мање електричне енергије, смањујући потрошњу енергије за 100 до 1000 пута.
Разлика између квантне телепортације и квантне криптографије је следећа:
- Размена квантне телепортације Преко класичног канала, шаљу се „квантне“ информације.
- Размена квантне криптографије Преко квантног канала, шаљу се „класичне“ информације.
Потребе за енергијом квантних рачунара стварају топлоту, што је изазов с обзиром на то да морају да раде на тако ниским температурама. Телепортација има потенцијал да доведе до дизајнерских решења која ће убрзати развој квантног рачунарства.
3. Биолошки систем
Људско тело, као и сва створења, непрестано се мења услед интеракције милиона хемијских и биолошких процеса. До недавно се претпостављало да су линеарни, а „А“ води до „Б“. Међутим, квантна биологија и биофизика су откриле огромну количину кохерентности унутар биолошких система, при чему је КЕ играо улогу.
Начин на који су различите подјединице протеинске структуре су упаковане заједно је развијена да омогући одрживо квантно заплетање и кохерентност. Квантна биологија је још увек теоријска тема са разним неодговореним питањима; када им се приступи, примена у медицини ће постати све видљивија.
Квантно рачунарство, у теорији, може више да личи на природу (симулацијом атомске везе) и квантне биолошке системе од класичних рачунара.
4. Суперденсе Цодинг
Супергусто кодирање је метод преношења два конвенционална бита информација коришћењем једног заплетеног кубита. Код који је супер густ може:
- Омогућава кориснику да пошаље половину онога што је потребно за реконструкцију класичне поруке унапред, омогућавајући кориснику да комуницира двоструком брзином док не понестане унапред испоручених кубита.
- Капацитет двосмерног квантног канала у једном правцу је удвостручен.
- Претворите пропусни опсег са великим кашњењем у пропусни опсег са ниским кашњењем тако што ћете половину података пренети преко канала велике латенције да бисте подржали податке који долазе преко канала са малим кашњењем.
Свака генерација комуникације захтева више преноса података. Упоредиви добитак у информацијама биће могућ са супергустим кодирањем.
Zakljucak
Квантна запетљаност може нам омогућити да радимо са подацима на раније незамисливе начине. Интеграцијом квантног рачунарства са преплитањем, моћи ћемо да одговоримо на питања која захтевају огромну количину података на ефикаснији и безбеднији начин.
Уз додатак биолошких и астрономских апликација, КЕ би се могао користити да одговори на питања о којима су људи дуго размишљали: одакле смо дошли и како је све почело?
Што више технологија напредује, то ћемо више примена наћи за њу — она има огромно обећање!
Ostavite komentar