Табдилдиҳии рақамӣ ҷаҳонро аз ҳарвақта зудтар тағйир медиҳад. Омӯзиш дар бораи мафҳумҳои калидии асри рақамӣ бо фарорасии наздиктарин мавҷи нави технологияе, ки қодир аст моделҳои мавҷударо бо суръат ва қудрати ҳайратангез табдил диҳад: ҳисоббарории квантӣ боз ҳам муҳимтар хоҳад шуд.
Дар ин мақола мо мафҳумҳои асосии ҳисоббарории анъанавӣ ва ҳисоббарории квантиро муқоиса карда, инчунин ба омӯхтани татбиқи онҳо дар соҳаҳои гуногун шурӯъ мекунем.
Хусусиятҳои квантӣ чист?
Дар тӯли таърих одамон технологияро инкишоф доданд, зеро онҳо кори табиатро тавассути илм фаҳмиданд. Дар байни солҳои 1900 ва 1930, омӯзиши баъзе падидаҳои физикӣ, ки ҳанӯз хуб дарк нашуда буданд, назарияи нави физикиро ба вуҷуд овард: Механикаи квантӣ. Ин назария кори олами микроскопӣ, муҳити табиии молекулаҳо, атомҳо ва электронҳоро тавсиф ва шарҳ медиҳад.
Вай на танхо ин ходисахоро шарх дода тавонист, балки инчунин имкон дод, ки фахмем, ки вокеияти субатомй ба таври комилан зидди интуитивй, кариб сехрнок амал мекунад ва ходисахо дар олами микроскопй ба амал меоянд, ки дар олами микроскопй ба амал намеоянд. ҷаҳони макроскопӣ.
Ин хосиятҳои квантӣ суперпозицияи квантӣ, печиши квантӣ ва телепортатсияи квантиро дар бар мегиранд.
- Суперпозицияи квантӣ тасвир мекунад, ки чи тавр зарра дар як вакт дар холатхои гуногун буда метавонад.
- Гирифтани квантӣ тасвир мекунад, ки чи тавр ду зарраро ба холати «печшуда» овардан мумкин аст ва баъд аз он сарфи назар аз масофаи физикиашон кариб дар як вакт як хел чавоб медиханд. Ба ибораи дигар, онҳо метавонанд ба қадри дилхоҳ аз ҳам дур ҷойгир карда шаванд ва ҳангоми муошират бо яке дигарӣ ба ҳамон таъсири мутақобила вокуниш нишон медиҳад.
- Телевизиони квантӣ печидаи квантиро барои аз як макони фазо ба чои дигар фиристодани маълумот бе зарурати ба воситаи кайхон сафар кардан истифода мебарад.
Ҳисобкунии квантӣ ба ин хосиятҳои квантии табиати субатомӣ асос ёфтааст.
Дар ин ҳолат, фаҳмиши имрӯзаи ҷаҳони микроскопӣ тавассути механикаи квантӣ ба мо имкон медиҳад, ки технологияҳоеро ихтироъ ва тарҳрезӣ кунем, ки қобилияти беҳтар кардани ҳаёти одамонро доранд. Технологияҳои зиёде мавҷуданд, ки падидаҳои квантиро истифода мебаранд ва баъзеи онҳо, аз қабили лазерҳо ё томографияи магнитии резонансӣ (MRI) дар тӯли беш аз ним аср вуҷуд доранд.
Ҳисобкунии квантӣ чист?
Барои фаҳмидани он, ки компютерҳои квантӣ чӣ гуна кор мекунанд, аввал шарҳ додан лозим аст, ки компютерҳое, ки мо ҳамарӯза истифода мебарем, ки дар ин мақола ҳамчун компютерҳои рақамӣ ё классикӣ номида мешаванд, чӣ гуна кор мекунанд. Инҳо, ба монанди дигар дастгоҳҳои электронӣ, ба монанди планшетҳо ё телефонҳои мобилӣ, битҳоро ҳамчун воҳидҳои асосии хотираи худ истифода мебаранд. Ин маънои онро дорад, ки барномаҳо ва барномаҳо бо битҳо, яъне бо забони дуии сифрҳо ва якҳо рамзгузорӣ карда мешаванд.
Ҳар дафъае, ки мо бо яке аз ин дастгоҳҳо муошират мекунем, масалан тавассути пахш кардани тугмаи клавиатура, сатрҳои сифрҳо ва якҳо дар дохили компютер сохта, нобуд ва/ё тағир дода мешаванд.
Саволи ҷолиб ин аст, ки ин сифрҳо ва якҳо аз ҷиҳати ҷисмонӣ дар дохили компютер чист? Ҳолати сифр ва як битҳо ба ҷараёни электрикӣ мувофиқат мекунанд ё не, тавассути қисмҳои микроскопӣ, ки транзисторҳо ном доранд, ки ҳамчун коммутаторҳо амал мекунанд. Вақте ки ҷараён ҷараён надорад, транзистор «хомӯш» аст ва ба бит 0 мувофиқат мекунад ва ҳангоми ҷорӣ шуданаш «фаъол» буда, ба бит 1 мувофиқат мекунад.
Дар шакли соддатар, гӯё битҳои 0 ва 1 ба сӯрохҳо мувофиқат мекунанд, то сӯрохии холӣ каме 0 ва сӯрохие, ки электрон ишғол кардааст, каме 1 бошад. Акнун, ки мо дар бораи чӣ гуна кор кардани компютерҳои имрӯза тасаввурот дорем. , биёед кӯшиш кунем фаҳмем, ки компютерҳои квантӣ чӣ гуна кор мекунанд.
Аз битҳо то кубитҳо
Воҳиди асосии иттилоот дар ҳисоббарории квантӣ бит ё кубити квантӣ мебошад. Қубитҳо аз рӯи таъриф, системаҳои квантии дусатҳӣ мебошанд, ки ба мисли битҳо метавонанд дар сатҳи паст қарор дошта бошанд, ки ба ҳолати ҳаяҷони паст ё энергияи ҳамчун 0 муайяншуда мувофиқат мекунанд; ё дар сатҳи баланд, ки ба ҳолати ҳаяҷони баландтар мувофиқат мекунад ё ҳамчун 1 муайян карда мешавад.
Аммо, ва дар ин ҷо фарқияти куллӣ бо ҳисоббарории классикӣ мавҷуд аст, кубитҳо инчунин метавонанд дар ҳама гуна шумораи беохири ҳолати фосилавӣ байни 0 ва 1 бошанд, ба монанди ҳолате, ки нисфи 0 ва нисфи 1 ё чоряки 0 ва як чоряк аст аз 1. Ин падида ҳамчун суперпозицияи квантӣ маълум аст ва дар системаҳои квантӣ табиӣ аст.
Алгоритмҳои квантӣ: Ҳисоббарории экспоненсиалӣ пурқувваттар ва самараноктар
Ҳадафи компютерҳои квантӣ ин аст, ки аз ин хосиятҳои квантии кубитҳо ҳамчун системаҳои квантӣ истифода баранд, то алгоритмҳои квантиро иҷро кунанд, ки суперпозиция ва печидаро истифода мебаранд, то қудрати коркарди бештарро нисбат ба компютерҳои классикӣ пешниҳод кунанд.
Қайд кардан муҳим аст, ки тағирёбии воқеии парадигма на аз иҷрои ҳамон коре, ки компютерҳои рақамӣ ё классикӣ - компютерҳои ҳозира иҷро мекунанд, иборат нест, балки тезтар, тавре ки бисёре аз мақолаҳо иштибоҳан мегӯянд, балки алгоритмҳои квантӣ имкон медиҳанд, ки баъзе амалиётҳоро иҷро кунанд. ба таври тамоман дигар иҷро карда мешавад; ки аксар вақт самараноктар аст - яъне дар вақти хеле камтар ё истифодаи хеле камтари захираҳои ҳисоббарор.
Биёед мисоли мушаххасеро бубинем, ки ин чӣ маъно дорад. Биёед тасаввур кунем, ки мо дар Сан-Франсиско ҳастем ва мо мехоҳем бидонем, ки аз як миллион вариант барои расидан ба он ҷо кадомаш беҳтарин роҳи Ню Йорк аст (N=1,000,000). Барои он ки компютерҳоро барои дарёфти масири оптималӣ истифода бурда тавонем, мо бояд 1,000,000 XNUMX XNUMX вариантро рақамӣ кунем, ки тарҷумаи онҳоро ба забони битӣ барои компютери классикӣ ва ба кубитҳо барои компютери квантӣ дар назар дорад.
Дар ҳоле ки компютери классикӣ бояд ҳама роҳҳоро як ба як гузарад, то он даме, ки роҳи дилхоҳро пайдо кунад, компютери квантӣ аз раванде истифода мебарад, ки бо номи параллелизми квантӣ маълум аст, ки ба он имкон медиҳад, ки аслан ҳама роҳҳоро якбора баррасӣ кунад. Ин маънои онро дорад, ки компютери квантӣ аз ҳисоби оптимизатсияи захираҳои истифодашуда назар ба компютери классикӣ масири оптималиро зудтар пайдо мекунад.
Барои фаҳмидани фарқиятҳо дар иқтидори ҳисоббарорӣ, бо n кубит, мо метавонем ба он чизе, ки бо 2 имконпазир аст, кор кунем.n бит. Аксар вақт мегӯянд, ки бо тақрибан 270 Қубитҳо шумо метавонед дар як компютери квантӣ ҳолати бештари асосӣ дошта бошед - сатрҳои гуногунтар ва ҳамзамон аломатҳо - назар ба шумораи атомҳои коинот, ки тахминан 2 аст.80. Мисоли дигар ин аст, ки тахмин зада мешавад, ки бо компютери квантии аз 2000 то 2500 кубит шумо метавонед амалан тамоми криптографияи имрӯз истифодашавандаро вайрон кунед (бо номи криптографияи калиди оммавӣ маълум аст).
То он даме, ки криптография меравад, барои истифода бартариҳои зиёд вуҷуд дорад санҷиши квантӣ. Агар ду система сирф ба ҳам печида бошанд, ин маънои онро дорад, ки онҳо бо ҳамдигар алоқаманданд (яъне, вақте ки яке тағир меёбад, дигараш низ тағир меёбад) ва ҳеҷ як шахси сеюм ин таносубро шарик намекунад.
Кашида гирифтан
Мо дар замони табдили рақамӣ қарор дорем, ки дар он технологияҳои гуногуни рушдёбанда, аз қабили blockchain, зеҳни сунъӣ, дронҳо, Интернети ашё, воқеияти виртуалӣ, 5G, принтерҳои 3D, роботҳо ё воситаҳои нақлиёт дар соҳаҳо ва бахшҳои гуногун торафт бештар ҳузур доранд.
Ин технологияҳо, ки барои баланд бардоштани сифати зиндагии инсон тавассути суръатбахшии рушд ва тавлиди таъсири иҷтимоӣ пешбинӣ шудаанд, айни замон дар баробари пешрафт мекунанд. Танҳо хеле кам мебинем, ки ширкатҳое, ки маҳсулотеро таҳия мекунанд, ки омезиши ду ё зиёда аз ин технологияҳоро истифода мебаранд, ба монанди blockchain ва IoT ё дронҳо ва мағзи маслуӣ.
Дар ҳоле, ки онҳо барои муттаҳид шудан ва ба ин васила таъсири бештар ба таври экспоненсиалӣ эҷод кардан таъин шудаанд, дар марҳилаи аввали рушди онҳо ва кам будани таҳиягарон ва одамони дорои маълумоти техникӣ маънои онро дорад, ки конвергенсия то ҳол як вазифаи ҳалкунанда аст.
Аз сабаби потенсиали вайронкунандаи худ, интизор меравад, ки технологияҳои квантӣ на танҳо бо ҳамаи ин технологияҳои нав мувофиқат кунанд, балки инчунин ба ҳамаи онҳо таъсири васеъ расонанд. Ҳисобкунии квантӣ ба аутентификатсия, мубодила ва нигоҳдории бехатари додаҳо таҳдид мекунад, ки ба он технологияҳое, ки криптография нақши муҳимтарро мебозад, ба монанди киберамният ё blockchain таъсири бештар мерасонад.
Дин ва мазҳаб