Mabadiliko ya kidijitali yanabadilisha ulimwengu kwa kasi zaidi kuliko hapo awali. Kujifunza kuhusu dhana kuu za enzi ya kidijitali kutakuwa muhimu zaidi kukiwa na ujio wa karibu wa wimbi jingine jipya la teknolojia lenye uwezo wa kubadilisha miundo iliyopo kwa kasi na nguvu ya kushangaza: quantum computing.
Katika makala hii, tunalinganisha dhana za msingi za kompyuta ya jadi na kompyuta ya quantum, na pia kuanza kuchunguza matumizi yao katika maeneo tofauti.
Je, mali ya quantum ni nini?
Katika historia, wanadamu wamekuza teknolojia kwa vile wamepata kuelewa utendaji wa asili kupitia sayansi. Kati ya miaka ya 1900 na 1930, uchunguzi wa baadhi ya matukio ya kimaumbile ambayo bado hayajaeleweka vyema yalizua nadharia mpya ya kimwili: Quantum Mechanics. Nadharia hii inaeleza na kueleza utendaji kazi wa ulimwengu wa hadubini, makazi asilia ya molekuli, atomi na elektroni.
Sio tu kwamba imeweza kuelezea matukio haya, lakini pia imefanya iwezekanavyo kuelewa kwamba ukweli wa subatomic hufanya kazi kwa njia ya kupinga kabisa, karibu ya kichawi, na kwamba matukio hufanyika katika ulimwengu wa microscopic ambao haufanyiki katika ulimwengu wa macroscopic.
Sifa hizi za quantum ni pamoja na quantum superposition, quantum entanglement, na quantum teleportation.
- Upeo wa quantum inaelezea jinsi chembe inaweza kuwa katika hali tofauti kwa wakati mmoja.
- Kuunganishwa kwa quantum inaelezea jinsi chembe mbili zinaweza kuletwa kwenye hali ya "kupigwa" na, baada ya hayo, kujibu karibu wakati huo huo kwa njia ile ile, licha ya umbali wao wa kimwili. Kwa maneno mengine, zinaweza kuwekwa mbali kama inavyotaka, na, wakati wa kuingiliana na moja, nyingine humenyuka kwa mwingiliano huo huo.
- Quantum teleportation hutumia msokoto wa quantum kutuma habari kutoka sehemu moja angani hadi nyingine bila hitaji la kusafiri angani.
Kompyuta ya quantum inategemea sifa hizi za quantum za asili ndogo.
Katika hali hii, uelewa wa leo wa ulimwengu wa hadubini kupitia Mechanics ya Quantum huturuhusu kuvumbua na kubuni teknolojia zinazoweza kuboresha maisha ya watu. Kuna teknolojia nyingi tofauti zinazotumia matukio ya quantum, na baadhi yao, kama vile lasers au imaging resonance magnetic (MRI), zimekuwepo kwa zaidi ya nusu karne.
Kompyuta ya quantum ni nini?
Ili kuelewa jinsi kompyuta za quantum zinavyofanya kazi, ni muhimu kwanza kueleza jinsi kompyuta tunazotumia kila siku, zinazorejelewa katika makala hii kama kompyuta za kidijitali au za kitamaduni, zinavyofanya kazi. Hizi, kama vifaa vingine vyote vya kielektroniki kama vile kompyuta za mkononi au simu za mkononi, hutumia biti kama vitengo vyao vya msingi vya kumbukumbu. Hii ina maana kwamba programu na programu zimesimbwa kwa biti, yaani katika lugha ya binary ya sufuri na zile.
Kila wakati tunapoingiliana na kifaa chochote kati ya hizi, kwa mfano kwa kubonyeza kitufe kwenye kibodi, mifuatano ya sufuri, na zile huundwa, kuharibiwa na/au kurekebishwa ndani ya kompyuta.
Swali la kufurahisha ni je, hizi zero na zile ni zipi kimwili ndani ya kompyuta? Majimbo ya sifuri na moja ya bits yanahusiana na mtiririko wa umeme, au la, kupitia sehemu za microscopic zinazoitwa transistors, ambazo hufanya kama swichi. Wakati hakuna mkondo unaopita, transistor "imezimwa" na inalingana na 0 kidogo, na inapotiririka, "imewashwa" na inalingana na 1 kidogo.
Katika fomu iliyorahisishwa zaidi, ni kana kwamba biti 0 na 1 zinalingana na mashimo, ili shimo tupu ni 0 na shimo lililochukuliwa na elektroni ni 1. Sasa tuna wazo la jinsi kompyuta za leo zinavyofanya kazi. , hebu jaribu kuelewa jinsi kompyuta za quantum zinavyofanya kazi.
Kutoka bits hadi qubits
Kitengo cha msingi cha habari katika kompyuta ya quantum ni biti ya quantum au qubit. Qubits ni, kwa ufafanuzi, mifumo ya quantum ya ngazi mbili ambayo, kama bits, inaweza kuwa katika kiwango cha chini, ambacho kinalingana na hali ya msisimko mdogo au nishati iliyofafanuliwa kama 0; au kwa kiwango cha juu, ambacho kinalingana na hali ya msisimko wa juu au kufafanuliwa kama 1.
Walakini, na hapa kuna tofauti ya kimsingi na kompyuta ya zamani, qubits pia inaweza kuwa katika idadi yoyote isiyo na kikomo ya majimbo ya kati kati ya 0 na 1, kama vile hali ambayo ni nusu 0 na nusu 1, au robo tatu ya 0 na robo moja. ya 1. Jambo hili linajulikana kama quantum superposition na ni asili katika mifumo ya quantum.
Algorithms ya Quantum: Kompyuta yenye nguvu zaidi na yenye ufanisi zaidi
Madhumuni ya kompyuta za quantum ni kuchukua fursa ya sifa hizi za quantum za qubits, kama mifumo ya quantum, kuweza kuendesha algoriti za quantum zinazotumia uwekaji wa juu zaidi na msongamano ili kutoa nguvu kubwa zaidi ya uchakataji kuliko zile za zamani.
Ni muhimu kutaja kwamba mabadiliko halisi ya dhana haijumuishi kufanya yale yale ambayo kompyuta za kidijitali au za kitamaduni - zilizopo sasa - hufanya, lakini haraka zaidi, kama vile vifungu vingi vinadai kimakosa, lakini algorithms ya quantum huruhusu shughuli fulani kufanywa. inafanywa kwa njia tofauti kabisa; ambayo mara nyingi huwa na ufanisi zaidi -yaani, kwa muda mfupi sana au kutumia rasilimali chache za kukokotoa-.
Wacha tuangalie mfano halisi wa hii inamaanisha nini. Hebu tufikirie kuwa tuko San Francisco na tunataka kujua ni ipi njia bora zaidi ya kuelekea New York kati ya chaguo milioni moja za kufika huko (N=1,000,000). Ili kuweza kutumia kompyuta kupata njia mwafaka, tunahitaji kuweka kidijitali chaguo 1,000,000, ambayo ina maana ya kuzitafsiri kwa lugha biti kwa kompyuta ya kitambo na kuwa qubits kwa kompyuta ya quantum.
Ingawa kompyuta ya kitambo ingehitaji kupitia njia zote moja baada ya nyingine hadi ipate inayotaka, kompyuta ya quantum inachukua fursa ya mchakato unaojulikana kama quantum parallelism ambayo huiruhusu, kimsingi, kuzingatia njia zote mara moja. Hii ina maana kwamba kompyuta ya quantum itapata njia mojawapo kwa haraka zaidi kuliko kompyuta ya kawaida, kutokana na uboreshaji wa rasilimali zilizotumiwa.
Ili kuelewa tofauti za uwezo wa hesabu, na n qubits tunaweza kufanya sawa na kile kinachowezekana na 2.n bits. Inasemekana mara nyingi kuwa na karibu 270 qubits unaweza kuwa na hali nyingi za msingi katika kompyuta ya quantum - tofauti zaidi na mifuatano ya wahusika - kuliko idadi ya atomi katika ulimwengu, ambayo inakadiriwa kuwa takriban 2.80. Mfano mwingine ni kwamba inakadiriwa kuwa kwa kompyuta ya quantum kati ya 2000 na 2500 qubits unaweza kuvunja kivitendo siri zote zinazotumiwa leo (zinazojulikana kama cryptography ya ufunguo wa umma).
Kwa kadiri cryptography inavyoenda, kuna faida nyingi za kutumia kompyuta ya quantum. Ikiwa mifumo miwili imenaswa kabisa, hiyo inamaanisha kuwa imeunganishwa (yaani, wakati mmoja inabadilika, mwingine pia hubadilika) na hakuna mtu wa tatu anayeshiriki uunganisho huu.
Takeaway
Tuko katika wakati wa mabadiliko ya kidijitali ambapo teknolojia tofauti zinazochipukia kama vile blockchain, akili bandia, ndege zisizo na rubani, Mtandao wa Mambo, uhalisia pepe, 5G, vichapishaji vya 3D, roboti au magari ya uhuru zinazidi kuwepo katika nyanja na sekta nyingi.
Teknolojia hizi, ambazo zimewekwa ili kuboresha ubora wa maisha ya binadamu kwa kuharakisha maendeleo na kuzalisha athari za kijamii, kwa sasa zinaendelea sambamba. Ni mara chache tu tunapoona makampuni yakitengeneza bidhaa zinazotumia mchanganyiko wa teknolojia mbili au zaidi hizi, kama vile blockchain na IoT au drones na. bandia akili.
Ingawa zinakusudiwa kuungana na hivyo kutoa athari kubwa zaidi, hatua ya awali ya maendeleo waliyomo na uhaba wa wasanidi programu na watu walio na usuli wa kiufundi inamaanisha kuwa muunganisho bado ni kazi inayosubiri.
Kwa sababu ya uwezo wao wa kutatiza, teknolojia za quantum zinatarajiwa sio tu kuungana na teknolojia hizi zote mpya, lakini pia kuwa na ushawishi mpana kwa karibu zote. Kompyuta ya Quantum itatishia uthibitishaji, ubadilishanaji na uhifadhi salama wa data, na kuwa na athari kubwa kwa teknolojia hizo ambazo cryptography ina jukumu muhimu zaidi, kama vile usalama wa mtandao au blockchain.
Acha Reply