Kvant hisoblashlari kvant mexanikasi tamoyillaridan foydalangan holda ma'lumotlarni qayta ishlaydi. Natijada, kvant hisoblash klassik hisoblashdan boshqacha yondashuvni talab qiladi. Kvant kompyuterlarida ishlatiladigan protsessor bu farqning bir misolidir.
An'anaviy kompyuterlar kremniyga asoslangan protsessorlarni ishlatsa, kvant kompyuterlari atomlar, ionlar, fotonlar yoki elektronlar kabi kvant tizimlaridan foydalanadi. Ular 1 va 0 ning turli kvant superpozitsiyalarida yaratilishi mumkin bo'lgan bitlarni ifodalash uchun kvant xususiyatlaridan foydalanadilar.
Xo'sh, bu kontekstda "kvant" atamasi nimani anglatadi? Bu sezilarli sakrashmi?
Kvant atamasi lotincha kvant so'zidan olingan bo'lib, "miqdor" degan ma'noni anglatadi. Bu fizikada "u ifodalagan nurlanish chastotasiga kattaligi bo'yicha mutanosib energiyaning diskret miqdori". Diskret deganda uzluksiz yoki alohida bo'lmagan narsa tushuniladi. Kvant bu ma'noda noyob yoki muhim miqdorlarni bildiradi.
Kvant hisoblash nima?
Kvant hisoblash ko'pincha kvant fizikasida qo'llaniladigan algoritmlarga o'xshash yoki o'xshash hisob-kitoblar uchun algoritmlarni qurish uchun algebraik usullardan foydalanmoqda. Kvant mexanikasi, o'z navbatida, atomlar va subatomik zarrachalar hajmida tabiatning fizik fazilatlarini tushuntirishga sho'ng'igan asosiy fizika nazariyasiga ishora qiladi.
A kvant kompyuter Shunday qilib, bunday algoritmlarni amalga oshirishga qodir bo'lgan faraziy kompyuter. Natijada, kvant kompyuterlari asosan bitta elektrondan yaratilishi mumkin bo'lgan qubitlar deb ataladigan kvant bitlariga asoslangan.
Kvant materiali kvant mexanikasi qoidalariga muvofiq harakat qiladi, ehtimollik hisoblash, superpozitsiya va kabi tushunchalardan foydalanadi. chigallik. Ushbu g'oyalar kvant algoritmlari uchun asos bo'lib xizmat qiladi, ular murakkab muammolarni hal qilish uchun kvant kompyuterlarining imkoniyatlaridan foydalanadilar.
Ushbu maqolada men kvant chalkashligi haqida bilishingiz kerak bo'lgan barcha narsalarni muhokama qilaman.
Kvant chigalligi nima?
Kvant chalkashlik ikki tizim shu qadar chambarchas bog'langan bo'lsa sodir bo'ladiki, ulardan biri haqida bilish, ular qanchalik uzoqda bo'lishidan qat'i nazar, ikkinchisi haqida darhol ma'lumot beradi.
Eynshteyn kabi olimlar bu hodisadan hayratda qolishdi, u buni "uzoqdagi dahshatli harakat" deb atadi, chunki u hech qanday ma'lumotni yorug'lik tezligidan tezroq yuborib bo'lmaydi degan qoidani buzdi. Fotonlar va elektronlar yordamida o'tkazilgan qo'shimcha tajribalar o'zaro bog'liqlikni tasdiqladi.
O'zaro bog'liqlik kvant hisoblashning asosidir. Fizikadagi kvant chigalligi kvant zarralari orasidagi juda kuchli bog'lanishni anglatadi. Bu aloqa shunchalik kuchliki, ikki yoki undan ortiq kvant zarralari bir-biridan ulkan masofalar bilan ajratilgan holda uzviy bog'lanishi mumkin.
Buni tushunish uchun fizika yoki hisoblash bilan bog'liq bo'lmagan oddiy taqqoslashni ko'rib chiqing. Bir emas, ikkita tanga tashlansa nima bo'lishini o'ylab ko'ring. Odatda, bitta tanga boshga yoki dumga tushishi ikkinchi tanga otish natijasiga unchalik ta'sir qilmaydi.
Biroq, chalkashlik holatida, ikkala qism ham jismoniy jihatdan alohida bo'lishidan qat'i nazar, bir-biriga bog'langan yoki chigallashgan. Bunday holda, agar bitta tanga boshga tushsa, ikkinchi tanga ham boshni ko'rsatadi va aksincha.
Kvant chigalligini tushunish (misol bilan)
Kvant chalkashliklari haqiqatan ham ikkita tizim (odatda elektronlar yoki fotonlar) shu qadar chambarchas bog'langanki, bir tizimning "holati" (elektronning aylanish yo'nalishi, aytaylik, "yuqoriga") haqida ma'lumot olish boshqa tizim haqida bir zumda ma'lumot beradi. Ushbu tizimlar bir-biridan qanchalik uzoqda bo'lishidan qat'i nazar, "holat" (ikkinchi elektronning aylanish yo'nalishi, "pastga" deb ayting).
"Bir zumda" va "bir-biridan qanchalik uzoqda bo'lishidan qat'i nazar" iboralari muhim ahamiyatga ega. Bu hodisa Eynshteyn kabi olimlarni hayratda qoldirdi, chunki holat oʻlchanmaguncha aniqlanmaydi va axborot uzatish klassik fizikaning axborotni yorugʻlik tezligidan tezroq olib oʻtish mumkin emasligi haqidagi qoidasiga zid keladi.
Biroq, 1980-yillarda boshlangan tadqiqot va sinovlar tufayli 1980-yillardan beri chalkashlik ham fotonlar, ham elektronlardan foydalanishi isbotlangan.
Ikki subatomik zarracha (elektron) hosil bo'lishi mumkin, shunda ularni bitta to'lqin funktsiyasi bilan tasvirlash mumkin. Nol spinli asosiy zarrachani bir xil, lekin qarama-qarshi spinli ikkita chigallashgan qiz zarrachaga parchalanishiga imkon berish orqali bog'lanishga bitta usulda erishish mumkin.
Agar ikkita qiz zarracha hech narsa bilan o'zaro ta'sir qilmasa, ularning to'lqin funktsiyalari bir-biridan qanchalik uzoqda bo'lishidan qat'i nazar, teng va qarama-qarshi bo'lib qoladi. Olimlar sinov orqali ma'lumotga chigallanish vaqti hech qanday ta'sir ko'rsatmasligini aniqladilar.
Buning o'rniga, ma'lumot boshqa zarrachaga yorug'lik tezligidan tezroq tezlikda yuboriladi, faqat bitta zarraning ma'lumoti o'lchanadi.
Natijada ma'lumotlar shu sur'atda oqadi. Ammo biz buni nazorat qila olmaymiz - bu nazorat etishmasligi Kvant Entanglementdan foydalanishni cheklaydi, masalan, xabar yoki boshqa ma'lumotlarni yorug'lik tezligidan tezroq yuborish.
Kvant hisoblashda chalkashlik qanday rol o'ynaydi?
O'ralgan kubitning holatini o'zgartirish kvant kompyuterlaridagi juftlangan kubitning holatini bir zumda o'zgartiradi. Natijada, chalkashlik kvant kompyuterlarini qayta ishlash tezligini tezlashtiradi.
Bir kubitni qayta ishlash ko'plab kubitlar haqida ma'lumotni ochib berganligi sababli, qubitlar sonini ikki baravar oshirish jarayonlar sonini (ya'ni, chigal qubitlar) ko'paytirishi shart emas.
Tadqiqotlarga ko'ra, kvant algoritmi klassik hisob-kitoblarga nisbatan eksponensial tezlikni ta'minlashi uchun kvant chalkashliklari talab qilinadi.
Kvant hisoblashda o'ralgan ilovalar
Bir nechta ilovalar bizning hozirgi va kelajagimizni o'zgartiradigan ushbu noyob jismoniy xususiyatdan foydalanishi mumkin. Kvant shifrlash, o'ta zich kodlash, ehtimol yorug'likdan tezroq uzatish va hatto teleportatsiya ham chalkashlik bilan yoqilishi mumkin.
Kvant kompyuterlari turli sohalarda, jumladan, moliya va bank sohasida vaqt va quvvat talab qiladigan muammolarni hal qilish imkoniyatiga ega.
Kvant chalkashligi bu kabi kompyuterlarga qubitlar orasidagi ma'lumotlar oqimini boshqarish uchun zarur bo'lgan vaqt va ishlov berish quvvatini kamaytirish orqali yordam beradigan hodisadir.
1. Kvant kriptografiyasi
Klassik kriptografiyada jo‘natuvchi xabarni bitta kalit bilan kodlaydi, qabul qiluvchi esa uni umumiy kalit yordamida dekodlaydi. Biroq, uchinchi tomon kalitlar haqida ma'lumotga ega bo'lishi va kriptografiyani ushlab turishi va buzishi xavfi mavjud.
Ikki tomon o'rtasida xavfsiz kanal yaratish buzilmas kriptografiyaning asosidir. Ajralish bunga olib kelishi mumkin. Ikki tizim chigal bo'lganligi sababli, ular bir-biri bilan korrelyatsiya qilinadi (biri o'zgarganda, ikkinchisi ham o'zgaradi) va hech qanday uchinchi tomon bu korrelyatsiyani baham ko'rmaydi.
Kvant kriptografiyasi klonlashdan ham foyda ko'radi, ya'ni noma'lum kvant holatining bir xil nusxasini yaratish mumkin emas. Natijada, kvant holatida kodlangan ma'lumotlarni takrorlash mumkin emas.
O'tib bo'lmaydigan kvant kaliti taqsimoti bilan kvant kriptografiyasi allaqachon amalga oshirilgan (QKD). QKD kalit haqidagi ma'lumotlarni uzatish uchun tasodifiy qutblangan fotonlardan foydalanadi. Qabul qiluvchi kalitni polarizatsiya filtrlari va xabarni shifrlash uchun ishlatiladigan texnikadan foydalangan holda hal qiladi.
Yashirin ma'lumotlar hali ham standart aloqa liniyalari orqali uzatiladi, ammo faqat aniq kvant kaliti xabarni dekodlashi mumkin. Polarizatsiyalangan fotonlarni "o'qish" ularning holatini o'zgartirganligi sababli, har qanday tinglash kommunikatorlarni kirish haqida ogohlantiradi.
QKD texnologiyasi hozirda optik tolali kabel bilan cheklangan bo'lib, u fotonni qabul qilish uchun juda zaif bo'lishdan oldin taxminan 100 km masofaga etkazishi mumkin. 2004 yilda Avstriyada birinchi chigal QKD bank o'tkazmasi sodir bo'ldi.
Jismoniy printsiplarga asoslanib ishonchli xavfsiz bo'lgan uzilmaydigan va buzg'unchilikka qarshi aloqalarni uzatish moliya, bank, harbiy, tibbiyot va boshqa sohalarda aniq qo'llanilishiga ishonch hosil qilish. Hozirda bir nechta korxonalar chigallashgan QKD dan foydalanmoqda.
2. Kvant teleportatsiyasi
Kvant teleportatsiyasi, shuningdek, fotonlar, atomlar, elektronlar va o'ta o'tkazuvchan zanjirlar kabi ikki tomon o'rtasida kvant ma'lumotlarini uzatish usuli hisoblanadi. Tadqiqotlarga ko'ra, teleportatsiya QC-larning parallel ravishda ishlashiga imkon beradi, shu bilan birga kamroq elektr energiyasidan foydalanish quvvat sarfini 100 dan 1000 martaga kamaytiradi.
Kvant teleportatsiyasi va kvant kriptografiyasi o'rtasidagi farq quyidagicha:
- Kvant teleportatsiyasi almashinuvi Klassik kanal orqali "kvant" ma'lumotlari yuboriladi.
- Kvant kriptografiyasi almashinuvi Kvant kanali orqali "klassik" ma'lumotlar yuboriladi.
Kvant kompyuterlarining quvvatga bo'lgan ehtiyoji issiqlik hosil qiladi, chunki ular juda past haroratlarda ishlashi kerak. Teleportatsiya kvant hisoblashni rivojlantirishni tezlashtiradigan dizayn echimlariga olib kelishi mumkin.
3. Biologik tizim
Inson tanasi, barcha mavjudotlar kabi, millionlab kimyoviy va biologik jarayonlarning o'zaro ta'siri tufayli doimiy ravishda o'zgarib turadi. Yaqin vaqtgacha ular chiziqli bo'lib, "A" "B" ga olib keladi deb taxmin qilingan. Biroq, kvant biologiyasi va biofizikasi biologik tizimlar ichida juda katta miqdordagi uyg'unlikni aniqladi, bunda QE rol o'ynaydi.
ning xilma-xil bo'linmalari usuli oqsil tuzilmalari Birga qadoqlanganlar doimiy kvant chalkashliklari va uyg'unlikni ta'minlash uchun ishlab chiqilgan. Kvant biologiyasi haligacha har xil javobsiz xavotirlarga ega nazariy mavzudir; ular ko'rib chiqilsa, tibbiyotdagi ilovalar tobora ko'proq namoyon bo'ladi.
Kvant hisoblash, nazariy jihatdan, klassik kompyuterlarga qaraganda tabiatga (atom bog'lanishini simulyatsiya qilish orqali) va kvant biologik tizimlarga yaxshiroq o'xshash bo'lishi mumkin.
4. Superdense kodlash
Superdense kodlash - bu bitta chigal qubit yordamida ikkita an'anaviy bit ma'lumotni uzatish usuli. Juda zich kod:
- Foydalanuvchiga klassik xabarni muddatidan oldin rekonstruksiya qilish uchun zarur bo‘lgan miqdorning yarmini jo‘natish imkonini beradi, bu esa foydalanuvchiga oldindan yetkazib berilgan kubitlar tugaguncha ikki baravar yuqori tezlikda muloqot qilish imkonini beradi.
- Ikki tomonlama kvant kanalining bir yo'nalishdagi sig'imi ikki barobar ortadi.
- Past kechikishli kanal orqali keladigan ma'lumotlarni qo'llab-quvvatlash uchun yuqori kechikishli kanal orqali ma'lumotlarning yarmini uzatish orqali past kechikishli tarmoqli kengligiga aylantiring.
Har bir aloqa avlodi ko'proq ma'lumot uzatishni talab qildi. Axborotni solishtirish mumkin bo'lgan daromad o'ta zich kodlash bilan mumkin bo'ladi.
Xulosa
Kvant chalkashliklari bizga ma'lumotlar bilan ilgari tasavvur qilib bo'lmaydigan usullarda ishlashga imkon berishi mumkin. Kvant hisoblashni chalkashlik bilan birlashtirib, biz katta hajmdagi ma'lumotlarni talab qiladigan masalalarga samaraliroq va xavfsizroq javob bera olamiz.
Biologik va astronomik ilovalarning qo'shilishi bilan QE odamlar uzoq vaqtdan beri o'ylayotgan savollarga javob berish uchun ishlatilishi mumkin: biz qaerdan kelganmiz va hammasi qanday boshlangan?
Texnologiya qanchalik ko'p rivojlansa, biz unga shunchalik ko'p ilovalar topamiz - bu juda katta va'dalarga ega!
Leave a Reply