Мундариҷа[Пинҳон кардан][Намоиш]
Ҳисобкунии квантӣ маълумотро бо истифода аз принсипҳои механикаи квантӣ коркард мекунад. Дар натиҷа, ҳисоббарории квантӣ нисбат ба ҳисоббарории классикӣ муносибати дигарро талаб мекунад. Протсессоре, ки дар компютерҳои квантӣ истифода мешавад, як мисоли ин фарқият аст.
Дар ҳоле ки компютерҳои анъанавӣ протсессорҳои кремнийро истифода мебаранд, компютерҳои квантӣ системаҳои квантиро ба монанди атомҳо, ионҳо, фотонҳо ё электронҳо истифода мебаранд. Онҳо хусусиятҳои квантиро барои муаррифии битҳо истифода мебаранд, ки метавонанд дар суперпозицияҳои гуногуни квантии 1 ва 0 сохта шаванд.
Пас, истилоҳи "квантӣ" дар ин замина чӣ маъно дорад? Оё ин ҷаҳиши назаррас аст?
Истилоҳи квант аз калимаи лотинии quantum гирифта шуда, маънояш «микдор» мебошад. Он дар физика «микдори дискретии энергия аст, ки аз рӯи миқдор ба басомади радиатсияи он ифодакунанда мутаносиб аст». Дискретӣ ба чизе дахл дорад, ки на доимӣ ва на фарқкунанда аст. Квант ба ин маъно ба миқдори беназир ё назаррас ишора мекунад.
Ҳисобкунии квантӣ чист?
Ҳисобкунии квантӣ усулхои алгебравиро барои сохтани алгоритмхо барои хисобхо истифода мебарад, ки аксаран ба алгоритмхои дар физикаи квантй истифодашаванда якхела ё монанд мебошанд. Механикаи квантӣ, дар навбати худ, ба назарияи асосии физика ишора мекунад, ки ба шарҳи сифатҳои физикии табиат дар андозаи атомҳо ва зарраҳои субатомӣ машғул аст.
A компютери квантӣ ҳамин тавр компютери фарзиявӣ аст, ки қодир ба татбиқи чунин алгоритмҳо мебошад. Дар натиҷа, компютерҳои квантӣ асосан ба битҳои квантӣ асос ёфтаанд, ки бо номи кубитҳо низ маълуманд, ки метавонанд аз як электрон сохта шаванд.
Маводи квантӣ мувофиқи қоидаҳои механикаи квантӣ рафтор карда, аз мафҳумҳо ба монанди ҳисобкунии эҳтимолӣ, суперпозиция ва печидан. Ин ғояҳо ҳамчун асос барои алгоритмҳои квантӣ хидмат мекунанд, ки қобилияти компютерҳои квантиро барои ҳалли мушкилоти мураккаб истифода мебаранд.
Дар ин мақола, ман ҳама чизҳоеро, ки шумо бояд дар бораи печидагии квантӣ донед, муҳокима мекунам.
Гирифтани квантӣ чист?
Гирифтани квантӣ вақте рух медиҳад, ки ду система ба ҳам зич алоқаманданд, ки донистани яке аз онҳо ба шумо фавран дар бораи дигараш, новобаста аз он ки онҳо аз ҳам дур бошанд, ба шумо имкон медиҳад.
Олимон ба монанди Эйнштейн аз ин падида, ки вай онро "амали даҳшатнок дар масофа" номид, ба ҳайрат афтоданд, зеро он қоидаро вайрон кард, ки ҳеҷ гуна маълумотро аз суръати рӯшноӣ зудтар фиристодан мумкин нест. Бо вуҷуди ин, таҷрибаҳои иловагӣ бо истифода аз фотонҳо ва электронҳо печидагиро тасдиқ карданд.
Мушкилот санги асосии ҳисоббарории квантӣ мебошад. Гирифтани квантӣ дар физика ба робитаи хеле қавӣ байни зарраҳои квантӣ ишора мекунад. Ин пайвастагӣ чунон қавӣ аст, ки ду ё зиёда заррачаҳои квантӣ ҳангоми аз масофаи бузург аз ҳам ҷудо шуданашон ногузир пайваст мешаванд.
Барои дарки минбаъдаи ин, як муқоисаи оддиеро баррасӣ кунед, ки ба физика ё компютер алоқаманд нест. Тасаввур кунед, ки агар як танга не, ду танга партофта шавад, чӣ мешавад. Одатан, новобаста аз он ки як танга ба сарҳо ё думҳо меафтад, ба натиҷаи партофти дуюми танга аҳамияти каме дорад.
Аммо, дар ҳолати печидан, ҳарду қисмҳо, новобаста аз он ки онҳо аз ҷиҳати ҷисмонӣ ҷудо ҳастанд, пайваст ё печида мешаванд. Дар ин ҳолат, агар як танга ба сари сар афтад, тангаи дуюм низ сари худро нишон медиҳад ва баръакс.
Фаҳмидани печидаи квантӣ (бо мисол)
Гирифтани квантӣ воқеан вазъиятест, ки дар он ду система (одатан электронҳо ё фотонҳо) бо ҳам зич алоқаманданд, ки гирифтани маълумот дар бораи “ҳолати” як система (самти гардиши электрон, бигӯед “боло”) дониши фаврӣ дар бораи гардиши системаи дигарро медиҳад. «Ҳолат» (самти гардиши электрони дуюм, бигӯед «Поён»), новобаста аз дурии ин системаҳо.
Ибораҳои "фароғатӣ" ва "новобаста аз он, ки онҳо аз якдигар дуранд" аҳамияти калон доранд. Ин падида олимони мисли Эйнштейнро ба ҳайрат овард, зеро ҳолати он то андозагирӣ муайян карда намешавад ва интиқоли иттилоот ба қоидаи физикаи классикӣ мухолиф аст, ки иттилоотро аз суръати рӯшноӣ зудтар интиқол додан мумкин нест.
Бо вуҷуди ин, ба шарофати тадқиқот ва озмоишҳо, ки дар солҳои 1980-ум оғоз шуда буд, аз солҳои 1980-ум собит шудааст, ки печиш ҳам фотонҳо ва ҳам электронҳоро истифода мебарад.
Ду зарраҳои субатомӣ (электронҳо) метавонанд тавлид шаванд, то онҳоро бо функсияи мавҷи ягона тавсиф кунанд. Оғози печидаро бо як усул тавассути имкон додан ба заррачаи волидайн бо чархҳои сифр ба ду заррачаи духтари печида бо чархҳои баробар, вале муқобил ба даст овардан мумкин аст.
Агар ду заррачаҳои духтар бо ҳеҷ чиз мутақобила накунанд, функсияҳои мавҷи онҳо новобаста аз масофаи дур аз якдигар чен карда мешаванд, баробар ва муқобил мемонанд. Олимон тавассути озмоиш муайян карданд, ки вақти печидан ба иттилоот таъсире надорад.
Ба ҷои ин, иттилоот ба заррачаи дигар бо суръати баландтар аз суръати рӯшноӣ танҳо вақте фиристода мешавад, ки иттилооти як зарра чен карда мешавад.
Дар натиҷа, иттилоот бо ин суръат мегузарад. Аммо мо аз болои он назорат надорем - ин набудани назорат истифодаи Quantum Entanglement-ро маҳдуд мекунад, масалан фиристодани паём ё дигар иттилоот аз суръати рӯшноӣ.
Дар компютери квантӣ печида чӣ нақш мебозад?
Тағйир додани ҳолати кубити печидашуда ҳолати кубити ҷуфтшударо дар компютерҳои квантӣ фавран тағир медиҳад. Дар натиҷа, печида суръати коркарди компютерҳои квантиро метезонад.
Азбаски коркарди як кубит маълумотро дар бораи кубитҳои сершумор ошкор мекунад, дучанд кардани шумораи кубитҳо ҳатман шумораи равандҳоро зиёд намекунад (яъне, кубитҳои печида).
Мутобиқи таҳқиқот, печиши квантӣ барои алгоритми квантӣ барои интиқоли суръати экспоненсиалӣ нисбат ба ҳисобҳои классикӣ лозим аст.
Барномаҳои печида дар ҳисоббарории квантӣ
Якчанд барномаҳо метавонанд аз ин хусусияти физикии якранг баҳра баранд, ки имрӯз ва ояндаи моро тағир медиҳанд. Рамзгузории квантӣ, рамзгузории бениҳоят зич, шояд интиқоли тезтар аз рӯшноӣ ва ҳатто телепортатсия ҳама метавонанд тавассути печидан фаъол карда шаванд.
Компютерҳои квантӣ дорои потенсиали ҳалли вақт ва коркарди мушкилоти серталаб дар соҳаҳои мухталиф, аз ҷумла молия ва бонкдорӣ мебошанд.
Оғози квантӣ як падидаест, ки метавонад ба чунин компютерҳо тавассути кам кардани миқдори вақт ва қувваи коркард барои коркарди ҷараёни маълумот байни кубитҳои онҳо кӯмак расонад.
1. Криптографияи квантӣ
Дар криптографияи классикӣ, ирсолкунанда паёмро бо як калид рамзгузорӣ мекунад, дар ҳоле ки қабулкунанда онро бо калиди муштарак рамзкушо мекунад. Бо вуҷуди ин, хатари он вуҷуд дорад, ки шахси сеюм дар бораи калидҳо дониш пайдо кунад ва метавонад криптографияро халалдор кунад ва вайрон кунад.
Эҷоди як канали бехатар байни ду тараф санги асосии криптографияи шикастнопазир аст. Мушкилот метавонад ба ин оварда расонад. Азбаски ин ду система ба ҳам печидаанд, онҳо бо ҳам алоқаманданд (вақте ки яке тағир меёбад, дигараш низ ҳамин тавр мешавад) ва ҳеҷ як шахси сеюм ин робитаро мубодила намекунад.
Криптографияи квантӣ инчунин аз бе клонкунӣ фоида меорад, ки ин маънои онро дорад, ки тавлиди як нусхаи якхелаи ҳолати квантии номаълум ғайриимкон аст. Дар натиҷа, такрор кардани маълумот дар ҳолати квантӣ ғайриимкон аст.
Бо тақсимоти калидҳои квантӣ, криптографияи квантӣ аллакай амалӣ карда шудааст (QKD). QKD барои ирсоли маълумот дар бораи калид фотонҳои ба таври тасодуфӣ поляризатсияшударо истифода мебарад. Қабулкунанда калидро бо истифода аз филтрҳои поляризатсия ва техникаи рамзгузории паём истифода мебарад.
Маълумоти махфӣ ҳоло ҳам тавассути хатҳои стандартии алоқа интиқол дода мешавад, аммо танҳо калиди дақиқи квантӣ метавонад паёмро декод кунад. Азбаски “хондан”-и фотонҳои қутбшуда ҳолати онҳоро тағир медиҳад, ҳама гуна гӯш кардани гӯш кардани онҳо коммуникаторҳоро аз ҳамла огоҳ мекунад.
Технологияи QKD дар айни замон бо кабели нахи оптикӣ маҳдуд аст, ки метавонад фотонро ба масофаи тақрибан 100 км пеш аз он ки барои қабул хеле заиф шавад, интиқол диҳад. Дар соли 2004 аввалин интиқоли бонкии QKD дар Австрия рух дод.
Боварӣ ҳосил кунед, ки интиқоли коммуникатсияҳои вайроннашаванда ва тобовар, ки дар асоси принсипҳои физикӣ бехатар мебошанд, дар молия, бонкдорӣ, ҳарбӣ, тиббӣ ва дигар бахшҳо барномаҳои равшан доранд. Якчанд корхонаҳо ҳоло QKD-и печидаро истифода мебаранд.
2. Телепортатсияи квантӣ
Телепортатсияи квантӣ инчунин усули интиқоли иттилооти квантӣ байни ду тараф, аз қабили фотонҳо, атомҳо, электронҳо ва схемаҳои суперноқилӣ мебошад. Тибқи тадқиқот, телепортатсия ба QC имкон медиҳад, ки дар баробари истифодаи нерӯи барқ мувозинат кор кунанд ва истифодаи нерӯи барқро аз 100 то 1000 маротиба кам кунад.
Фарқи байни телепортатсияи квантӣ ва криптографияи квантӣ чунин аст:
- Мубодилаи телепортатсияи квантӣ Тавассути канали классикӣ иттилооти «квантӣ» фиристода мешавад.
- Мубодилаи криптографияи квантӣ Тавассути канали квантӣ иттилооти «классикӣ» фиристода мешавад.
Эҳтиёҷоти нерӯи компютерҳои квантӣ гармиро тавлид мекунанд, ки бо назардошти он ки онҳо бояд дар чунин ҳарорати паст кор кунанд, мушкил аст. Телепортатсия дорои потенсиали ҳалли тарҳрезӣ мебошад, ки рушди ҳисоббарории квантиро суръат мебахшад.
3. Системаи биологӣ
Организми инсон, мисли тамоми мавҷудот, дар натиҷаи таъсири мутақобилаи миллионҳо равандҳои химиявӣ ва биологӣ пайваста тағир меёбад. То ба наздикӣ, онҳо тахмин мезаданд, ки хаттӣ буда, "А" ба "В" мебарад. Аммо, биологияи квантӣ ва биофизика миқдори зиёди ҳамоҳангиро дар дохили системаҳои биологӣ кашф карданд, ки QE нақш мебозад.
Тарзи зербахшҳои гуногуни сохторҳои сафеда бо ҳам печонида шудаанд, барои фароҳам овардани пайвастагии устувори квантӣ ва ҳамоҳангӣ таҳия карда шудаанд. Биологияи квантӣ то ҳол як мавзӯи назариявӣ бо нигарониҳои гуногуни беҷавоб аст; вақте ки онҳо ҳал карда мешаванд, дар соҳаи тиб барномаҳо бештар намоён мешаванд.
Ҳисобкунии квантӣ, дар назария, метавонад нисбат ба компютерҳои классикӣ ба табиат (бо тақлид кардани пайванди атомӣ) ва системаҳои биологии квантӣ бештар шабоҳат дошта бошад.
4. Рамзгузории Superdense
Рамзгузории Superdense усули интиқоли ду битҳои маъмулии иттилоот бо истифода аз як қубити ягонаи печида аст. Рамзи хеле зич метавонад:
- Ба корбар имкон медиҳад, ки нисфи он чизеро, ки барои барқарор кардани паёми классикӣ лозим аст, пеш аз мӯҳлат фиристад ва ба корбар имкон медиҳад, ки то тамом шудани қубитҳои қаблан расонидашуда бо суръати дучанд муошират кунад.
- Иқтидори канали квантии дутарафа дар як самт дучанд мешавад.
- Тавассути интиқоли нисфи маълумот тавассути канали таъхири баланд барои дастгирии додаҳое, ки тавассути канали таъхирнопазир ворид мешаванд, маҷрои фарохмаҷрои баландро ба фарохмаҷрои пасти таъхир табдил диҳед.
Ҳар як насли алоқа барои интиқоли бештари маълумот даъват кардааст. Фоидаи муқоисашаванда дар иттилоот бо рамзгузории аз ҳад зиёд имконпазир мегардад.
хулоса
Гирифтани квантӣ метавонад ба мо имкон диҳад, ки бо маълумот бо роҳҳои қаблан тасаввурнашаванда кор кунем. Бо ҳамгироӣ кардани ҳисоббарории квантӣ бо печида, мо метавонем ба масъалаҳое посух диҳем, ки миқдори зиёди маълумотро ба таври муассиртар ва бехатартар талаб мекунанд.
Бо илова кардани замимаҳои биологӣ ва астрономӣ, QE метавонад барои посух додан ба масъалаҳое истифода шавад, ки одамон муддати тӯлонӣ андеша мекарданд: мо аз куҷо омадаем ва ҳамааш чӣ гуна оғоз ёфт?
Чӣ қадаре ки технология пешрафт кунад, ҳамон қадар мо барои он барномаҳои бештар пайдо хоҳем кард - он ваъдаи бузург дорад!
Дин ва мазҳаб