Talaan ng nilalaman[Tago][Ipakita]
Ang quantum computing ay nagpoproseso ng data gamit ang mga prinsipyo ng quantum mechanics. Bilang resulta, ang quantum computing ay nangangailangan ng ibang diskarte kaysa sa classical computing. Ang processor na ginagamit sa mga quantum computer ay isang halimbawa ng pagkakaibang ito.
Samantalang ang mga tradisyunal na computer ay gumagamit ng mga processor na nakabatay sa silicon, ang mga quantum computer ay gumagamit ng mga quantum system tulad ng mga atom, ions, photon, o electron. Gumagamit sila ng mga quantum feature upang kumatawan sa mga bit na maaaring malikha sa iba't ibang quantum superposition ng 1 at 0.
Kaya, ano nga ba ang ibig sabihin ng terminong "quantum" sa kontekstong ito? Ito ba ay isang makabuluhang paglundag?
Ang terminong quantum ay nagmula sa salitang Latin na quantum, na nangangahulugang "dami." Ito ay isang 'discrete na dami ng enerhiya na proporsyonal sa magnitude sa dalas ng radiation na kinakatawan nito' sa pisika. Ang discrete ay tumutukoy sa isang bagay na hindi tuloy-tuloy o naiiba. Quantum ay tumutukoy sa natatangi o makabuluhang halaga sa ganitong kahulugan.
Ano ang quantum computing?
Pag-compute ng dami ay gumagamit ng mga algebraic na pamamaraan upang bumuo ng mga algorithm para sa mga kalkulasyon, na kadalasang pareho o katulad sa mga ginagamit sa quantum physics. Ang quantum mechanics, naman, ay tumutukoy sa isang pangunahing teorya ng pisika na sumisid sa pagpapaliwanag ng mga pisikal na katangian ng kalikasan sa laki ng mga atomo at mga subatomic na particle.
A computer na dami ay kaya isang hypothetical na computer na may kakayahang ipatupad ang mga naturang algorithm. Bilang resulta, ang mga quantum computer ay batay sa mga quantum bits, na kilala rin bilang qubits, na maaaring malikha mula sa isang electron.
Ang quantum material ay kumikilos ayon sa mga tuntunin ng quantum mechanics, na gumagamit ng mga paniwala tulad ng probabilistic computation, superposition, at gusot. Ang mga ideyang ito ay nagsisilbing pundasyon para sa mga quantum algorithm, na gumagamit ng mga kakayahan ng mga quantum computer upang harapin ang mga kumplikadong problema.
Sa artikulong ito, tatalakayin ko ang lahat ng kailangan mong malaman tungkol sa quantum entanglement.
Ano ang quantum entanglement?
Ang quantum entanglement ay nangyayari kapag ang dalawang sistema ay napakalapit na nakaugnay na ang pag-alam tungkol sa isa ay nagbibigay sa iyo ng agarang kaalaman sa isa pa, gaano man sila kalayo sa pagitan nila.
Ang mga siyentipiko tulad ni Einstein ay nalilito sa hindi pangkaraniwang bagay na ito, na tinawag niyang "isang nakakatakot na aksyon sa malayo" dahil nilabag nito ang panuntunan na walang impormasyon ang maaaring maipadala nang mas mabilis kaysa sa bilis ng liwanag. Karagdagang mga eksperimento gamit ang mga photon at electron, gayunpaman, na-verify na pagkakasalubong.
Entanglement ay ang pundasyon ng quantum computing. Ang quantum entanglement sa physics ay tumutukoy sa isang napakalakas na ugnayan sa pagitan ng mga quantum particle. Ang koneksyon na ito ay napakalakas na ang dalawa o higit pang mga quantum particle ay maaaring hindi maiiwasang konektado habang pinaghihiwalay ng napakalaking distansya.
Upang higit pang maunawaan ito, isaalang-alang ang isang simpleng paghahambing na hindi nauugnay sa pisika o computing. Isipin kung ano ang mangyayari kung hindi isa, ngunit dalawang barya ang ihagis. Karaniwan, kung ang isang barya ay dumapo sa mga ulo o buntot ay may maliit na epekto sa kinalabasan ng ikalawang paghagis ng barya.
Gayunpaman, sa kaso ng gusot, ang parehong mga bahagi ay konektado o nakakabit, hindi alintana kung sila ay pisikal na magkahiwalay. Sa kasong ito, kung ang isang barya ay dumapo sa mga ulo, ang pangalawang barya ay magpapakita rin ng mga ulo, at vice versa.
Pag-unawa sa quantum entanglement (may halimbawa)
Ang quantum entanglement ay talagang isang sitwasyon kung saan ang dalawang sistema (karaniwang mga electron o photon) ay napakalapit na magkaugnay na ang pagkuha ng impormasyon tungkol sa "estado" ng isang sistema (ang direksyon ng pag-ikot ng electron, sabihing "Up") ay magbubunga ng agarang kaalaman tungkol sa kabilang sistema. "estado" (ang direksyon ng pag-ikot ng pangalawang electron, sabihin ang "Pababa") kahit gaano kalayo ang pagitan ng mga sistemang ito.
Ang mga pariralang "instant" at "gaano man kalayo ang pagitan nila" ay makabuluhan. Ang hindi pangkaraniwang bagay na ito ay naguguluhan sa mga siyentipiko tulad ni Einstein, dahil ang estado ay hindi tinukoy hanggang sa ito ay nasusukat, at ang paghahatid ng impormasyon ay lumalaban sa klasikal na tuntunin ng pisika na ang impormasyon ay hindi maaaring dalhin nang mas mabilis kaysa sa bilis ng liwanag.
Gayunpaman, napatunayang gumamit ng mga photon at electron ang entanglement mula noong 1980s, salamat sa pananaliksik at pagsubok na nagsimula noong 1980s.
Dalawang subatomic particle (mga electron) ang maaaring gawin upang sila ay mailarawan sa pamamagitan ng isang function ng wave. Maaaring makamit ang gusot sa isang paraan sa pamamagitan ng pagpapahintulot sa isang butil ng magulang na may zero spins na mabulok sa dalawang gusot na partikulo ng anak na may pantay ngunit magkasalungat na pag-ikot.
Kung ang dalawang particle ng anak na babae ay hindi nakikipag-ugnayan sa anumang bagay, ang kanilang mga pag-andar ng alon ay mananatiling pantay at magkasalungat gaano man sila kalayo sa pagitan ng mga ito. Natukoy ng mga siyentipiko sa pamamagitan ng pagsubok na ang oras ng pagkakasalubong ay walang epekto sa impormasyon.
Sa halip, ang impormasyon ay ipinapadala sa kabilang particle sa bilis na mas mabilis kaysa sa bilis ng liwanag kapag ang impormasyon ng isang particle ay sinusukat.
Bilang resulta, ang impormasyon ay dumadaloy sa bilis na ito. Ngunit wala kaming kontrol dito - ang kawalan ng kontrol na ito ay naghihigpit sa paggamit ng Quantum Entanglement, tulad ng pagpapadala ng mensahe o iba pang impormasyon nang mas mabilis kaysa sa bilis ng liwanag.
Ano ang papel na ginagampanan ng entanglement sa quantum computing?
Ang pagpapalit ng estado ng isang entangled qubit ay agad na nagbabago sa estado ng nakapares na qubit sa mga quantum computer. Bilang resulta, pinabilis ng gusot ang bilis ng pagproseso ng mga quantum computer.
Dahil ang pagpoproseso ng isang qubit ay nagpapakita ng impormasyon tungkol sa maraming mga qubit, ang pagdodoble sa bilang ng mga qubit ay hindi kinakailangang tumaas ang bilang ng mga proseso (ibig sabihin, ang mga gusot na qubit).
Ang quantum entanglement, ayon sa mga pag-aaral, ay kinakailangan para sa isang quantum algorithm upang makapaghatid ng exponential speedup sa mga klasikal na kalkulasyon.
Entanglement application sa quantum computing
Maraming mga aplikasyon ang maaaring makinabang mula sa isa-ng-isang-uri na pisikal na katangiang ito, na magpapabago sa ating kasalukuyan at hinaharap. Quantum encryption, superdense coding, marahil mas mabilis kaysa sa liwanag na pagpapadala, at maging ang teleportasyon ay maaaring lahat ay pinagana sa pamamagitan ng pagkakasalungatan.
Ang mga quantum computer ay may potensyal na harapin ang oras at pagpoproseso ng mga hamon na masinsinang kapangyarihan sa iba't ibang industriya, kabilang ang pananalapi at pagbabangko.
Ang quantum entanglement ay isang phenomenon na maaaring makatulong sa mga naturang computer sa pamamagitan ng pagbawas sa dami ng oras at pagpoproseso ng kapangyarihan na kinakailangan upang mahawakan ang daloy ng data sa pagitan ng kanilang mga qubit.
1. Quantum Cryptography
Sa classical na cryptography, ine-encode ng nagpadala ang mensahe gamit ang isang key, habang ang tatanggap ay nagde-decode nito gamit ang shared key. Gayunpaman, may panganib na ang isang third party ay makakakuha ng kaalaman tungkol sa mga susi at magagawang maharang at pahinain ang cryptography.
Ang paglikha ng isang ligtas na channel sa pagitan ng dalawang partido ay ang pundasyon sa hindi masisira na cryptography. Ang pagkakasalubong ay maaaring maging sanhi nito. Habang nagkakasalikop ang dalawang sistema, nagkakaugnay ang mga ito sa isa't isa (kapag nagbago ang isa, ganoon din ang iba), at walang ikatlong partido ang magbabahagi ng ugnayang ito.
Nakikinabang din ang quantum cryptography mula sa no-cloning, na nangangahulugan na imposibleng makabuo ng magkaparehong replica ng hindi kilalang quantum state. Bilang resulta, imposibleng kopyahin ang data na naka-encode sa isang quantum state.
Sa isang hindi malalampasan na pamamahagi ng quantum key, ang quantum cryptography ay naisakatuparan na (QKD). Gumagamit ang QKD ng random na polarized na mga photon upang maiparating ang impormasyon tungkol sa susi. Tinutukoy ng tatanggap ang susi gamit ang mga polarizing filter at ang pamamaraan na ginamit upang i-encrypt ang mensahe.
Ang lihim na data ay inililipat pa rin sa pamamagitan ng karaniwang mga linya ng komunikasyon, ngunit ang eksaktong quantum key lamang ang makakapag-decode ng mensahe. Dahil ang "pagbabasa" ng mga polarized na photon ay nagbabago sa kanilang mga estado, ang anumang pag-eavesdrop ay nag-aalerto sa mga tagapagbalita sa panghihimasok.
Ang teknolohiya ng QKD ay kasalukuyang pinipigilan ng fiber optic cable, na maaaring maghatid ng photon sa humigit-kumulang 100km bago maging masyadong mahina para makatanggap. Noong 2004, naganap ang unang gusot na QKD bank transfer sa Austria.
Ang pagtiyak na ang paghahatid ng mga hindi nababasag at hindi masisira na komunikasyon na napatunayang ligtas batay sa mga pisikal na prinsipyo ay may malinaw na aplikasyon sa pananalapi, pagbabangko, militar, medikal, at iba pang sektor. Gumagamit na ngayon ng entangled QKD ang ilang negosyo.
2. Quantum Teleportation
Ang quantum teleportation ay isa ring paraan ng pagpapadala ng quantum information sa pagitan ng dalawang partido, tulad ng mga photon, atoms, electron, at superconducting circuits. Ayon sa pananaliksik, pinahihintulutan ng teleportation ang mga QC na tumakbo nang magkatulad habang gumagamit ng mas kaunting kuryente na nagpapababa ng paggamit ng kuryente ng 100 hanggang 1000 beses.
Ang pagkakaiba sa pagitan ng quantum teleportation at quantum cryptography ay ang mga sumusunod:
- Pagpapalitan ng quantum teleportation Sa isang klasikal na channel, ipinapadala ang impormasyong "quantum".
- Pagpapalitan ng quantum cryptography Sa isang quantum channel, ipinapadala ang "klasikal" na impormasyon.
Ang mga pangangailangan ng kuryente ng mga quantum computer ay bumubuo ng init, na isang hamon na ibinigay na dapat silang gumana sa gayong mababang temperatura. Ang teleportation ay may potensyal na humantong sa mga solusyon sa disenyo na magpapabilis sa pagbuo ng quantum computing.
3. Sistemang Biyolohikal
Ang katawan ng tao, tulad ng lahat ng nilalang, ay patuloy na nagbabago dahil sa interaksyon ng milyun-milyong kemikal at biyolohikal na proseso. Hanggang kamakailan lamang, ipinapalagay na ang mga ito ay linear, na ang "A" ay humahantong sa "B." Gayunpaman, natuklasan ng quantum biology at biophysics ang isang malaking halaga ng pagkakaugnay-ugnay sa loob ng mga biological system, na may papel na ginagampanan ng QE.
Ang paraan ng magkakaibang mga subunit ng mga istruktura ng protina ay naka-pack na magkasama ay binuo upang bigyang-daan para sa matagal na quantum entanglement at pagkakaugnay-ugnay. Ang Quantum Biology ay isa pa ring teoretikal na paksa na may iba't ibang hindi nasagot na alalahanin; kapag ang mga ito ay natugunan, ang mga aplikasyon sa medisina ay lalong makikita.
Ang quantum computing, sa teorya, ay maaaring mas katulad ng kalikasan (sa pamamagitan ng pagtulad sa atomic bonding) at quantum biological system kaysa sa mga classical na computer.
4. Superdense Coding
Ang superdense coding ay ang paraan ng pagpapadala ng dalawang kumbensyonal na piraso ng impormasyon gamit ang isang gusot na qubit. Ang code na sobrang siksik ay maaaring:
- Binibigyang-daan ang user na magpadala ng kalahati ng kung ano ang kinakailangan upang muling buuin ang isang klasikal na mensahe nang mas maaga, na nagpapahintulot sa gumagamit na makipag-usap nang doble ang bilis hanggang sa maubos ang mga paunang naihatid na qubit.
- Doble ang kapasidad ng isang two-way na quantum channel sa isang direksyon.
- I-convert ang high-latency bandwidth sa low-latency na bandwidth sa pamamagitan ng pagpapadala ng kalahati ng data sa high-latency channel upang suportahan ang data na pumapasok sa low-latency na channel.
Ang bawat henerasyon ng komunikasyon ay nanawagan para sa higit pang paglilipat ng data. Ang isang maihahambing na pakinabang sa impormasyon ay magiging posible sa superdense coding.
Konklusyon
Ang quantum entanglement ay maaaring magbigay-daan sa amin na magtrabaho kasama ang data sa mga dating hindi maisip na paraan. Sa pamamagitan ng pagsasama ng quantum computing sa entanglement, masasagot namin ang mga isyu na humihiling ng napakalaking dami ng data sa mas mahusay at ligtas na paraan.
Sa pagdaragdag ng mga biological at astronomical na aplikasyon, maaaring gamitin ang QE upang sagutin ang mga isyu na matagal nang pinag-isipan ng mga tao: saan tayo nanggaling at paano nagsimula ang lahat?
Ang mas maraming pag-unlad ng teknolohiya, mas maraming application ang mahahanap natin para dito— ito ay may napakalaking pangako!
Mag-iwan ng Sagot