İçindekiler[Saklamak][Göstermek]
Kuantum hesaplama, verileri kuantum mekaniği ilkelerini kullanarak işler. Sonuç olarak, kuantum hesaplama, klasik hesaplamadan farklı bir yaklaşım gerektirir. Kuantum bilgisayarlarda kullanılan işlemci bu ayrımın bir örneğidir.
Geleneksel bilgisayarlar silikon tabanlı işlemciler kullanırken, kuantum bilgisayarlar atomlar, iyonlar, fotonlar veya elektronlar gibi kuantum sistemleri kullanır. 1 ve 0'ın çeşitli kuantum süperpozisyonlarında oluşturulabilecek bitleri temsil etmek için kuantum özelliklerini kullanırlar.
Peki, bu bağlamda “kuantum” terimi tam olarak ne anlama geliyor? Önemli bir sıçrama mı?
Kuantum terimi, "nicelik" anlamına gelen Latince kuantum kelimesinden türemiştir. Fizikte 'temsil ettiği radyasyonun frekansıyla büyüklük olarak orantılı ayrı bir enerji miktarı'dır. Ayrık, ne sürekli ne de farklı olan bir şeyi ifade eder. Kuantum, bu anlamda benzersiz veya önemli miktarları ifade eder.
Kuantum hesaplama nedir?
Kuantum hesaplama genellikle kuantum fiziğinde kullanılanlarla aynı veya benzer olan hesaplamalar için algoritmalar oluşturmak için cebirsel yöntemler kullanıyor. Kuantum mekaniği ise, doğanın fiziksel niteliklerinin atomlar ve atom altı parçacıklar boyutunda açıklamasına dalan temel bir fizik teorisine atıfta bulunur.
A kuantum bilgisayar dolayısıyla bu tür algoritmaları uygulayabilen varsayımsal bir bilgisayardır. Sonuç olarak, kuantum bilgisayarlar temel olarak, tek bir elektrondan oluşturulabilen, kübitler olarak da bilinen kuantum bitlerine dayanır.
Kuantum materyali, olasılıksal hesaplama, süperpozisyon gibi kavramlardan yararlanarak kuantum mekaniği kurallarına göre davranır. dolaşıklık. Bu fikirler, karmaşık problemlerin üstesinden gelmek için kuantum bilgisayarların yeteneklerini kullanan kuantum algoritmalarının temelini oluşturur.
Bu yazıda, kuantum dolaşıklık hakkında bilmeniz gereken her şeyi tartışacağım.
Kuantum dolaşıklık nedir?
Kuantum dolaşıklığı, iki sistem birbirine o kadar yakın olduğunda meydana gelir ki, biri hakkında bilgi sahibi olmak, birbirlerinden ne kadar uzakta olurlarsa olsunlar, size diğeri hakkında anında bilgi verir.
Einstein gibi bilim adamları, ışık hızından daha hızlı hiçbir bilginin gönderilemeyeceği kuralını çiğnediği için "uzaktan ürkütücü bir hareket" olarak adlandırdığı bu fenomen karşısında şaşkına döndüler. Bununla birlikte, fotonları ve elektronları kullanan ek deneyler, dolaşıklığı doğruladı.
Dolaşıklık, kuantum hesaplamanın temel taşıdır. Fizikte kuantum dolaşıklığı, kuantum parçacıkları arasında oldukça güçlü bir bağlantı anlamına gelir. Bu bağlantı o kadar güçlüdür ki, iki veya daha fazla kuantum parçacığı, çok büyük mesafelerle ayrılırken amansız bir şekilde bağlanabilir.
Bunu daha iyi anlamak için fizik veya bilgisayarla ilgili olmayan basit bir karşılaştırma düşünün. Bir değil, iki madeni para atılsaydı ne olacağını düşünün. Genellikle, bir madeni paranın tura mı yoksa tura mı geldiği, ikinci madeni para atışının sonucu üzerinde çok az etkiye sahiptir.
Bununla birlikte, dolaşma durumunda, fiziksel olarak ayrı olmalarına bakılmaksızın, her iki parça da birbirine bağlıdır veya birbirine dolanmıştır. Bu durumda, bir jeton tura gelirse, ikinci jeton da aynı şekilde tura gösterecektir ve bunun tersi de geçerlidir.
Kuantum dolaşıklığını anlama (örnekle)
Kuantum dolaşıklık gerçekten de iki sistemin (tipik olarak elektronlar veya fotonlar) birbirine o kadar yakın olduğu bir durumdur ki, bir sistemin “durumu” (elektronun dönüş yönü, diyelim ki “Yukarı”) hakkında bilgi edinmek, diğer sistemin durumu hakkında anında bilgi verir. “durum” (ikinci elektronun dönüşünün yönü, “Aşağı” deyin), bu sistemlerin ne kadar uzakta olduğuna bakılmaksızın.
“Anında” ve “ne kadar uzakta olurlarsa olsunlar” ifadeleri önemlidir. Bu fenomen Einstein gibi bilim adamlarını şaşırttı, çünkü durum ölçülmeden tanımlanmaz ve bilgi aktarımı, bilginin ışık hızından daha hızlı taşınamayacağına dair klasik fizik kuralına meydan okur.
Bununla birlikte, 1980'lerde başlayan araştırma ve testler sayesinde, dolaşıklığın 1980'lerden beri hem fotonları hem de elektronları kullandığı kanıtlanmıştır.
Tek bir dalga fonksiyonu ile tanımlanabilmeleri için iki atom altı parçacık (elektron) üretilebilir. Dolaşma, sıfır dönüşlü bir ana parçacığın, eşit fakat zıt dönüşlü iki dolaşık yavru parçacığa bozunmasına izin vererek bir yöntemle elde edilebilir.
İki yavru parçacık hiçbir şeyle etkileşmezlerse, birbirlerinden ne kadar uzakta ölçülürse ölçülsün dalga fonksiyonları eşit ve karşıt kalacaktır. Bilim adamları, dolaşıklık zamanının bilgi üzerinde hiçbir etkisi olmadığını test ederek belirlediler.
Bunun yerine, bilgi diğer parçacığa, yalnızca bir parçacığın bilgisi ölçüldüğünde ışık hızından daha hızlı bir hızda gönderilir.
Sonuç olarak, bilgi bu hızda akar. Ancak bunun üzerinde hiçbir kontrolümüz yok - bu kontrol eksikliği, ışık hızından daha hızlı bir mesaj veya diğer bilgileri göndermek gibi Kuantum Dolanmasının kullanımlarını kısıtlar.
Dolanıklık kuantum hesaplamada nasıl bir rol oynuyor?
Dolaşmış bir kübitin durumunu değiştirmek, kuantum bilgisayarlarda eşleştirilmiş kübitin durumunu anında değiştirir. Sonuç olarak, dolaşıklık kuantum bilgisayarların işlem hızını hızlandırır.
Bir kübiti işlemek çok sayıda kübit hakkında bilgi ortaya çıkardığından, kübit sayısını iki katına çıkarmak, süreç sayısını (yani dolaşmış kübitleri) mutlaka artırmaz.
Çalışmalara göre kuantum dolaşıklığı, bir kuantum algoritmasının klasik hesaplamalara göre üstel bir hızlanma sağlaması için gereklidir.
Kuantum hesaplamada dolaşıklık uygulamaları
Bugünümüzü ve geleceğimizi değiştirecek olan, türünün tek örneği olan bu fiziksel özellikten birçok uygulama yararlanabilir. Kuantum şifreleme, süper yoğun kodlama, belki ışıktan daha hızlı iletim ve hatta ışınlanma, dolaşma yoluyla etkinleştirilebilir.
Kuantum bilgisayarlar, finans ve bankacılık da dahil olmak üzere çeşitli sektörlerde zaman ve yoğun güç gerektiren zorlukların üstesinden gelme potansiyeline sahiptir.
Kuantum dolaşıklığı, kübitleri arasındaki veri akışını idare etmek için gereken süreyi ve işlem gücünü azaltarak bu tür bilgisayarlara yardımcı olabilecek bir olgudur.
1. Kuantum Şifreleme
Klasik kriptografide, gönderici mesajı tek bir anahtarla kodlarken, alıcı bunu paylaşılan anahtarla çözer. Ancak, üçüncü bir şahsın anahtarlar hakkında bilgi edinmesi ve kriptografiyi ele geçirmesi ve bozması tehlikesi vardır.
İki taraf arasında güvenli bir kanal oluşturmak, kırılmaz kriptografinin temel taşıdır. Dolanma buna neden olabilir. İki sistem birbirine karıştığından, birbirleriyle korelasyon halindedirler (biri değiştiğinde diğeri de değişir) ve hiçbir üçüncü taraf bu korelasyonu paylaşmayacaktır.
Kuantum kriptografisi, klonlamadan da yararlanır; bu, bilinmeyen bir kuantum durumunun özdeş bir kopyasını oluşturmanın imkansız olduğu anlamına gelir. Sonuç olarak, bir kuantum durumunda kodlanmış verileri çoğaltmak imkansızdır.
Geçilmez bir kuantum anahtar dağılımı ile kuantum kriptografisi zaten gerçekleştirilmiştir (QKD). QKD, anahtar hakkında bilgi iletmek için rastgele polarize fotonlar kullanır. Alıcı, polarize filtreleri ve mesajı şifrelemek için kullanılan tekniği kullanarak anahtarı deşifre eder.
Gizli veriler hala standart iletişim hatları aracılığıyla aktarılır, ancak yalnızca tam kuantum anahtarı mesajın kodunu çözebilir. Polarize fotonları "okumak" onların durumlarını değiştirdiğinden, herhangi bir gizli dinleme iletişimcileri izinsiz giriş konusunda uyarır.
QKD teknolojisi şu anda, alınamayacak kadar sönük hale gelmeden önce yaklaşık 100 km boyunca bir foton iletebilen fiber optik kablo ile sınırlandırılmıştır. 2004 yılında, ilk karışık QKD banka havalesi Avusturya'da gerçekleşti.
Fiziksel ilkelere dayalı olarak güvenli olduğu kanıtlanan kırılmaz ve kurcalamaya karşı korumalı iletişimlerin iletiminin finans, bankacılık, askeri, tıp ve diğer sektörlerde bariz uygulamaları vardır. Birkaç işletme artık dolanık QKD kullanıyor.
2. Kuantum Işınlaması
Kuantum ışınlaması aynı zamanda fotonlar, atomlar, elektronlar ve süper iletken devreler gibi iki taraf arasında kuantum bilgisi iletme yöntemidir. Araştırmaya göre, teleportasyon, QC'lerin daha az elektrik kullanırken paralel olarak çalışmasına izin veriyor ve güç kullanımını 100 ila 1000 kat azaltıyor.
Kuantum ışınlama ve kuantum kriptografisi arasındaki fark şu şekildedir:
- Kuantum ışınlama alışverişi Klasik bir kanal üzerinden “kuantum” bilgisi gönderilir.
- Kuantum kriptografi değiş tokuşu Bir kuantum kanalı üzerinden “klasik” bilgi gönderilir.
Kuantum bilgisayarların güç ihtiyaçları ısı üretir; bu, bu kadar düşük sıcaklıklarda çalışması gerektiği düşünüldüğünde zorlu bir görevdir. Işınlanma, kuantum hesaplamanın gelişimini hızlandıracak tasarım çözümlerine yol açma potansiyeline sahiptir.
3. Biyolojik Sistem
İnsan vücudu, tüm canlılar gibi, milyonlarca kimyasal ve biyolojik sürecin etkileşimi nedeniyle sürekli değişmektedir. Yakın zamana kadar, “A”nın “B”ye götüreceği şekilde doğrusal oldukları varsayıldı. Bununla birlikte, kuantum biyolojisi ve biyofizik, biyolojik sistemler içinde QE'nin bir rol oynadığı büyük miktarda tutarlılığı ortaya çıkardı.
Çeşitli alt birimlerin yolu protein yapıları sürekli kuantum dolaşıklığı ve tutarlılığa izin vermek için birlikte paketlenir. Kuantum Biyoloji, hala çeşitli cevaplanmamış endişeleri olan teorik bir konudur; ele alındığında, tıptaki uygulamalar giderek daha görünür hale gelecektir.
Kuantum hesaplama, teoride, doğaya (atomik bağları simüle ederek) ve kuantum biyolojik sistemlerine klasik bilgisayarlardan daha iyi benzeyebilir.
4. Süper Yoğun Kodlama
Süper yoğun kodlama, tek bir dolaşmış kübit kullanarak iki geleneksel bilgi bitini iletme yöntemidir. Süper yoğun kod şunları yapabilir:
- Kullanıcının, klasik bir mesajı yeniden yapılandırmak için gerekenin yarısını önceden göndermesine izin vererek, kullanıcının önceden teslim edilen kübitler bitene kadar iki katı hızda iletişim kurmasını sağlar.
- İki yönlü bir kuantum kanalının bir yöndeki kapasitesi iki katına çıkar.
- Düşük gecikmeli kanal üzerinden gelen verileri desteklemek için verilerin yarısını yüksek gecikmeli kanal üzerinden ileterek yüksek gecikmeli bant genişliğini düşük gecikmeli bant genişliğine dönüştürün.
Her iletişim kuşağı daha fazla veri aktarımını gerektirdi. Süper yoğun kodlama ile bilgide karşılaştırılabilir bir kazanç mümkün olacaktır.
Sonuç
Kuantum dolaşıklığı, verilerle daha önce hayal bile edilemeyen şekillerde çalışmamıza izin verebilir. Kuantum hesaplamayı dolaşıklık ile entegre ederek, çok büyük miktarda veri gerektiren sorunları daha verimli ve güvenli bir şekilde yanıtlayabileceğiz.
Biyolojik ve astronomik uygulamaların eklenmesiyle QE, insanların uzun zamandır üzerinde kafa yorduğu sorunları yanıtlamak için kullanılabilir: nereden geldik ve her şey nasıl başladı?
Teknoloji ne kadar gelişirse, onun için o kadar çok uygulama bulacağız - muazzam bir umut vaat ediyor!
Yorum bırak