Orodha ya Yaliyomo[Ficha][Onyesha]
Kompyuta ya quantum huchakata data kwa kutumia kanuni za quantum mechanics. Kama matokeo, kompyuta ya quantum inahitaji mbinu tofauti kuliko kompyuta ya kawaida. Kichakataji kinachotumiwa katika kompyuta za quantum ni mfano mmoja wa tofauti hii.
Ingawa kompyuta za kitamaduni huajiri vichakataji vilivyo na silicon, kompyuta za quantum hutumia mifumo ya quantum kama atomi, ayoni, fotoni au elektroni. Wanatumia vipengele vya quantum kuwakilisha biti ambazo zinaweza kuundwa katika nafasi kuu mbalimbali za 1 na 0.
Kwa hivyo, neno "quantum" linamaanisha nini katika muktadha huu? Je, ni hatua kubwa?
Neno quantum linatokana na neno la Kilatini quantum, ambalo linamaanisha "wingi." Ni 'kiasi cha kipekee cha nishati sawia katika ukubwa wa marudio ya mionzi inayowakilisha' katika fizikia. Discrete inarejelea kitu ambacho hakiendelei wala si tofauti. Quantum inarejelea kiasi cha kipekee au muhimu kwa maana hii.
Kompyuta ya quantum ni nini?
Kompyuta ya Quantum inatumia mbinu za aljebra kuunda algoriti za hesabu, ambazo mara nyingi ni sawa au sawa na zile zinazotumiwa katika fizikia ya quantum. Mechanics ya quantum, kwa upande wake, inarejelea nadharia ya kimsingi ya fizikia ambayo huingia kwenye maelezo ya sifa za asili za saizi ya atomi na chembe ndogo za atomiki.
A kompyuta ya quantum kwa hivyo ni kompyuta dhahania inayoweza kutekeleza kanuni hizo. Kama matokeo, kompyuta za quantum kimsingi zinatokana na bits za quantum, zinazojulikana pia kama qubits, ambazo zinaweza kuundwa kutoka kwa elektroni moja.
Nyenzo ya quantum inatenda kulingana na sheria za mechanics ya quantum, ikitumia dhana kama hesabu ya uwezekano, uwekaji juu, na mtego. Mawazo haya hutumika kama msingi wa algorithms ya quantum, ambayo hutumia uwezo wa kompyuta za quantum kutatua matatizo magumu.
Katika nakala hii, nitajadili yote unayohitaji kujua juu ya kuingizwa kwa quantum.
Ufungaji wa quantum ni nini?
Kuunganishwa kwa quantum hutokea wakati mifumo miwili imeunganishwa kwa karibu sana kwamba kujua kuhusu moja hukupa ujuzi wa haraka wa mwingine, bila kujali ni mbali gani.
Wanasayansi kama vile Einstein walichanganyikiwa na jambo hili, ambalo aliliita "kitendo cha kutisha kwa mbali" kwa kuwa kilivunja sheria kwamba hakuna habari inayoweza kutumwa haraka kuliko kasi ya mwanga. Majaribio ya ziada kwa kutumia fotoni na elektroni, hata hivyo, kunasa kunasa kuthibitishwa.
Entanglement ni msingi wa quantum computing. Kuingizwa kwa quantum katika fizikia kunarejelea kiungo chenye nguvu sana kati ya chembe za quantum. Muunganisho huu ni wenye nguvu sana hivi kwamba chembe mbili au zaidi za quantum zinaweza kuunganishwa kwa njia isiyoweza kuepukika huku zikitenganishwa na umbali mkubwa.
Ili kufahamu hili zaidi, zingatia ulinganisho rahisi ambao hauhusiani na fizikia au kompyuta. Fikiria nini kingetokea ikiwa si moja, lakini sarafu mbili zilitupwa. Kwa kawaida, ikiwa sarafu moja inatua kwenye vichwa au mikia haina athari kidogo kwa matokeo ya kurusha sarafu ya pili.
Hata hivyo, katika kesi ya kuingizwa, sehemu zote mbili zimeunganishwa au zimefungwa, bila kujali ni tofauti za kimwili. Katika kesi hii, ikiwa sarafu moja inatua kwenye vichwa, sarafu ya pili pia itaonyesha vichwa, na kinyume chake.
Kuelewa msongamano wa quantum (kwa mfano)
Uingizaji wa kiasi kwa hakika ni hali ambayo mifumo miwili (kawaida elektroni au fotoni) imeunganishwa kwa karibu sana hivi kwamba kupata habari kuhusu "hali" ya mfumo mmoja (mwelekeo wa mzunguko wa elektroni, sema "Juu") kunaweza kutoa maarifa ya papo hapo juu ya mfumo mwingine. “hali” (mwelekeo wa mzunguko wa elektroni ya pili, sema “Chini”) bila kujali ni umbali gani mifumo hii ipo.
Maneno "papo hapo" na "bila kujali ni umbali gani" ni muhimu. Jambo hili limewashangaza wanasayansi kama Einstein, kwa kuwa hali haijafafanuliwa hadi itakapopimwa, na uwasilishaji wa habari unapingana na kanuni ya fizikia ya kitambo kwamba habari haiwezi kubebwa haraka kuliko kasi ya mwanga.
Walakini, msongamano umethibitishwa kutumia fotoni na elektroni tangu miaka ya 1980, kutokana na utafiti na majaribio yaliyoanza miaka ya 1980.
Chembe mbili za subatomic (elektroni) zinaweza kuzalishwa ili ziweze kuelezewa na kazi moja ya wimbi. Ufungaji unaweza kufikiwa kwa njia moja kwa kuruhusu chembe mzazi yenye mizunguko sifuri kuoza na kuwa chembe mbili za binti zilizonaswa na mizunguko sawa lakini kinyume.
Ikiwa chembe mbili za binti haziingiliani na chochote, utendaji wao wa mawimbi utakaa sawa na kupingana bila kujali ni umbali gani unapimwa. Wanasayansi waliamua kupitia majaribio kwamba wakati wa kunaswa haukuwa na athari kwenye habari.
Badala yake, habari hutumwa kwa chembe nyingine kwa kasi zaidi kuliko kasi ya mwanga wakati tu habari ya chembe moja inapimwa.
Kama matokeo, habari inapita kwa kasi hii. Lakini hatuna udhibiti juu yake - ukosefu huu wa udhibiti huzuia matumizi ya Quantum Entanglement, kama vile kutuma ujumbe au taarifa nyingine kwa kasi zaidi kuliko kasi ya mwanga.
Je, kuingizwa kuna jukumu gani katika kompyuta ya quantum?
Kubadilisha hali ya qubit iliyonaswa mara moja hubadilisha hali ya qubit iliyooanishwa katika kompyuta za quantum. Matokeo yake, msongamano huharakisha kasi ya usindikaji wa kompyuta za quantum.
Kwa sababu usindikaji wa qubit moja unaonyesha habari kuhusu qubits nyingi, kuongeza idadi ya qubits si lazima kuongeza idadi ya michakato (yaani, qubits zilizoingizwa).
Ufungaji wa quantum, kulingana na tafiti, unahitajika kwa algoriti ya quantum ili kutoa kasi ya kielelezo juu ya hesabu za kawaida.
Kuingiza maombi katika kompyuta ya quantum
Programu nyingi zinaweza kufaidika kutokana na tabia hii ya kipekee ya kimwili, ambayo itabadilisha hali yetu ya sasa na ya baadaye. Usimbaji fiche wa quantum, usimbaji msongamano wa juu zaidi, upokezaji wa haraka kuliko mwanga, na hata utumaji simu unaweza kuwashwa kwa kukumbatia.
Kompyuta za Quantum zina uwezo wa kukabiliana na wakati na kushughulikia changamoto zinazohitaji nguvu katika tasnia mbalimbali, zikiwemo fedha na benki.
Ufungaji wa Quantum ni jambo ambalo linaweza kusaidia kompyuta kama hizo kwa kupunguza muda na nguvu ya usindikaji inayohitajika kushughulikia mtiririko wa data kati ya qubits zao.
1. Quantum Cryptography
Katika mfumo wa siri wa kawaida, mtumaji husimba ujumbe kwa ufunguo mmoja, huku mpokeaji akiutatua kwa ufunguo ulioshirikiwa. Hata hivyo, kuna hatari kwamba mtu wa tatu atapata ujuzi kuhusu funguo na kuwa na uwezo wa kuingilia na kudhoofisha cryptography.
Kuunda chaneli salama kati ya pande hizo mbili ndio msingi wa kriptografia isiyoweza kuvunjika. Kuchanganyikiwa kunaweza kusababisha hii. Mifumo hii miwili inaponaswa, huunganishwa na kila mmoja (wakati mmoja anabadilika, na mwingine hufanya hivyo), na hakuna mtu wa tatu atashiriki uunganisho huu.
Fiche ya quantum pia inafaidika kutokana na kutokuwa na cloning, ambayo ina maana kwamba haiwezekani kuzalisha replica inayofanana ya hali isiyojulikana ya quantum. Kwa hivyo, haiwezekani kuiga data iliyosimbwa katika hali ya quantum.
Kwa usambazaji wa vitufe vya quantum usioweza kupenyeka, kriptografia ya quantum tayari imepatikana (QKD). QKD hutumia fotoni zilizogawanywa nasibu ili kuwasilisha habari kuhusu ufunguo. Mpokeaji hutambua ufunguo kwa kutumia vichujio vya kuweka mgawanyiko na mbinu inayotumiwa kusimba ujumbe kwa njia fiche.
Data ya siri bado inahamishwa kupitia njia za kawaida za mawasiliano, lakini ni ufunguo halisi wa quantum pekee unaoweza kusimbua ujumbe. Kwa sababu "kusoma" fotoni zilizogawanywa hubadilisha hali zao, usikilizaji wowote huwatahadharisha wawasilianaji kuhusu uvamizi huo.
Teknolojia ya QKD kwa sasa imebanwa na kebo ya fibre optic, ambayo inaweza kutoa fotoni kwa takriban kilomita 100 kabla ya kuzimia sana kuipokea. Mnamo 2004, uhamishaji wa kwanza wa benki ya QKD ulionaswa ulitokea Austria.
Kuhakikisha kwamba utumaji wa mawasiliano yasiyoweza kuvunjika na yasiyoweza kuguswa ambayo ni salama kulingana na kanuni halisi kuna matumizi dhahiri katika sekta za fedha, benki, kijeshi, matibabu na sekta nyinginezo. Biashara kadhaa sasa zinatumia QKD iliyonaswa.
2. Quantum Teleportation
Quantum teleportation pia ni njia ya kusambaza habari ya quantum kati ya pande mbili, kama vile fotoni, atomi, elektroni, na saketi za upitishaji nguvu. Kulingana na utafiti, utumaji simu huruhusu QCs kufanya kazi sambamba huku zikitumia matumizi ya chini ya umeme ya kupunguza kwa mara 100 hadi 1000.
Tofauti kati ya quantum teleportation na quantum cryptography ni kama ifuatavyo.
- Kubadilishana kwa teleportation ya quantum Juu ya chaneli ya kitambo, habari ya "quantum" inatumwa.
- Kubadilishana kwa kriptografia ya quantum Juu ya chaneli ya quantum, habari ya "classical" hutumwa.
Mahitaji ya nguvu ya kompyuta za quantum huzalisha joto, ambayo ni changamoto kutokana na kwamba lazima zifanye kazi kwa joto la chini sana. Teleportation ina uwezo wa kusababisha ufumbuzi wa kubuni ambayo itaharakisha maendeleo ya kompyuta ya quantum.
3. Mfumo wa Kibiolojia
Mwili wa mwanadamu, kama viumbe vyote, unaendelea kubadilika kwa sababu ya mwingiliano wa mamilioni ya michakato ya kemikali na kibaolojia. Hadi hivi majuzi, zilichukuliwa kuwa za mstari, na "A" inayoongoza kwa "B." Walakini, biolojia ya quantum na fizikia ya kibayolojia imefichua kiasi kikubwa cha uwiano ndani ya mifumo ya kibaolojia, na QE ikicheza jukumu.
Njia ya subunits tofauti za miundo ya protini zimefungwa pamoja hutengenezwa ili kuruhusu msongamano na mshikamano endelevu. Biolojia ya Quantum bado ni mada ya kinadharia yenye wasiwasi mbalimbali ambao haujajibiwa; zinaposhughulikiwa, maombi katika dawa yatazidi kuonekana.
Kompyuta ya quantum, kwa nadharia, inaweza kufanana vyema na asili (kwa kuiga uunganishaji wa atomiki) na mifumo ya kibaolojia ya quantum kuliko kompyuta za kitamaduni.
4. Superdense Coding
Superdense coding ni njia ya kusambaza biti mbili za kawaida za habari kwa kutumia qubit moja iliyonaswa. Nambari ambayo ni mnene sana inaweza:
- Huruhusu mtumiaji kutuma nusu ya kile kinachohitajika ili kuunda upya ujumbe wa kitambo kabla ya wakati, kumruhusu mtumiaji kuwasiliana kwa kasi maradufu hadi miiko iliyoletwa awali iishe.
- Uwezo wa njia mbili za quantum katika mwelekeo mmoja huongezeka mara mbili.
- Badilisha kipimo data cha latency ya juu kuwa kipimo data cha latency ya chini kwa kusambaza nusu ya data kwenye chaneli ya utulivu wa hali ya juu ili kusaidia data inayoingia kupitia chaneli ya hali ya chini ya kusubiri.
Kila kizazi cha mawasiliano kimetoa wito wa kuhamisha data zaidi. Manufaa ya kulinganishwa katika habari yatawezekana na usimbaji wa juu zaidi.
Hitimisho
Uingizaji wa kiasi unaweza kuturuhusu kufanya kazi na data kwa njia zisizofikirika hapo awali. Kwa kuunganisha kompyuta ya quantum na msokoto, tutaweza kujibu masuala ambayo yanahitaji kiasi kikubwa cha data kwa njia bora na salama.
Kwa kuongezwa kwa matumizi ya kibayolojia na angani, QE inaweza kutumika kujibu masuala ambayo wanadamu wametafakari kwa muda mrefu: tulitoka wapi na yote yalianzaje?
Kadiri teknolojia inavyoendelea, ndivyo tutakavyopata matumizi zaidi—ina ahadi kubwa!
Acha Reply