Raqamli transformatsiya dunyoni har qachongidan ham tezroq o'zgartirmoqda. Raqamli asrning asosiy tushunchalarini o'rganish, mavjud modellarni hayratlanarli tezlik va quvvat bilan o'zgartirishga qodir bo'lgan yana bir yangi texnologiya to'lqinining yaqinda kelishi bilan yanada muhimroq bo'ladi: kvant hisoblash.
Ushbu maqolada biz an'anaviy hisoblash va kvant hisoblashning asosiy tushunchalarini solishtiramiz, shuningdek ularning turli sohalarda qo'llanilishini o'rganishni boshlaymiz.
Kvant xossalari nima?
Tarix davomida insonlar ilm-fan orqali tabiatning ishini tushunib, texnologiyani rivojlantirdilar. 1900—1930-yillarda hali yaxshi tushunilmagan baʼzi fizik hodisalarni oʻrganish natijasida yangi fizik nazariya paydo boʻldi: Kvant mexanikasi. Bu nazariya mikroskopik dunyoning ishlashini, molekulalar, atomlar va elektronlarning tabiiy yashash joylarini tasvirlaydi va tushuntiradi.
U nafaqat bu hodisalarni tushuntira oldi, balki subatomik voqelik butunlay teskari intuitiv, deyarli sehrli tarzda harakat qilishini va hodisalar mikroskopik dunyoda sodir bo'lishini tushunishga imkon berdi. makroskopik dunyo.
Bu kvant xossalariga kvant superpozitsiyasi, kvant chalkashliklari va kvant teleportatsiyasi kiradi.
- Kvant superpozitsiyasi zarraning bir vaqtning o'zida turli holatda bo'lishi mumkinligini tasvirlaydi.
- Kvant chigalligi ikkita zarrachani qanday qilib "chalkash" holatga keltirish mumkinligini tasvirlaydi va shundan so'ng, ularning jismoniy masofasiga qaramay, deyarli bir vaqtning o'zida bir xil tarzda javob beradi. Boshqacha qilib aytganda, ular bir-biridan istalgancha uzoqroqda joylashtirilishi mumkin va biri bilan o'zaro aloqada bo'lganda, ikkinchisi xuddi shu o'zaro ta'sirga javob beradi.
- Kvant teleportatsiyasi ma'lumotni fazoda bir joydan ikkinchi joyga kosmosda sayohat qilmasdan jo'natish uchun kvant chalkashliklaridan foydalanadi.
Kvant hisoblash subatomik tabiatning ushbu kvant xususiyatlariga asoslanadi.
Bunday holda, bugungi kunda mikroskopik dunyoni kvant mexanikasi orqali tushunish bizga odamlar hayotini yaxshilashga qodir bo'lgan texnologiyalarni ixtiro qilish va loyihalash imkonini beradi. Kvant hodisalaridan foydalanadigan juda ko'p turli xil texnologiyalar mavjud va ularning ba'zilari, masalan, lazer yoki magnit-rezonans tomografiya (MRI) yarim asrdan ko'proq vaqt davomida mavjud.
Kvant hisoblash nima?
Kvant kompyuterlari qanday ishlashini tushunish uchun, avvalo, biz har kuni foydalanadigan, ushbu maqolada raqamli yoki klassik kompyuterlar deb ataladigan kompyuterlar qanday ishlashini tushuntirish foydali bo'ladi. Ular, planshetlar yoki mobil telefonlar kabi boshqa barcha elektron qurilmalar singari, xotiraning asosiy birliklari sifatida bitlardan foydalanadilar. Bu shuni anglatadiki, dasturlar va ilovalar bitlarda, ya'ni nol va birlarning ikkilik tilida kodlanadi.
Har safar biz ushbu qurilmalarning har biri bilan o'zaro aloqada bo'lganimizda, masalan, klaviaturadagi tugmachani bosish orqali kompyuterda nollar va birlar qatorlari yaratiladi, yo'q qilinadi va/yoki o'zgartiriladi.
Qiziqarli savol shundaki, bu nollar va jismoniy jihatdan kompyuter ichidagi birliklar nima? Bitlarning nol va bir holatlari tranzistorlar deb ataladigan mikroskopik qismlar orqali o'tadigan elektr tokiga mos keladi yoki yo'q, ular kalit vazifasini bajaradi. Hech qanday oqim bo'lmaganda, tranzistor "o'chirilgan" va 0 bitiga to'g'ri keladi va u oqayotganida "yoqilgan" va 1 bitga to'g'ri keladi.
Soddalashtirilgan shaklda, go'yo 0 va 1 bitlari teshiklarga to'g'ri keladi, shuning uchun bo'sh teshik bir oz 0 va elektron egallagan teshik biroz 1 ga teng. Endi bizda bugungi kompyuterlar qanday ishlashi haqida tasavvur mavjud. , keling, kvant kompyuterlari qanday ishlashini tushunishga harakat qilaylik.
Bitlardan qubitgacha
Kvant hisoblashda axborotning asosiy birligi kvant biti yoki kubitdir. Qubitlar, ta'rifiga ko'ra, ikki darajali kvant tizimlari bo'lib, ular bitlar kabi past darajada bo'lishi mumkin, bu past qo'zg'alish holatiga yoki 0 sifatida belgilangan energiyaga mos keladi; yoki yuqori darajada, yuqori qo'zg'alish holatiga mos keladi yoki 1 sifatida aniqlanadi.
Biroq, klassik hisoblashdan asosiy farq ham shu yerda, qubitlar 0 dan 1 gacha bo'lgan cheksiz sonli oraliq holatlarning har qandayida ham bo'lishi mumkin, masalan, yarim 0 va 1 ning yarmi yoki 0 ning chorak uchi va chorak ning 1. Bu hodisa kvant superpozitsiyasi sifatida tanilgan va kvant tizimlarida tabiiydir.
Kvant algoritmlari: Eksponensial jihatdan kuchliroq va samarali hisoblash
Kvant kompyuterlarining maqsadi kvant tizimlari sifatida kvantlarning kvant xususiyatlaridan foydalanish, klassiklarga qaraganda ancha yuqori ishlov berish quvvatini taklif qilish uchun superpozitsiya va chalkashlikdan foydalanadigan kvant algoritmlarini ishga tushirishdir.
Shuni ta'kidlash kerakki, haqiqiy paradigma o'zgarishi raqamli yoki klassik kompyuterlar - hozirgi kompyuterlar bajaradigan ishni bajarishdan iborat emas, balki ko'plab maqolalarda noto'g'ri da'vo qilinganidek tezroq, lekin kvant algoritmlari ma'lum operatsiyalarni bajarishga imkon beradi. butunlay boshqacha tarzda amalga oshiriladi; Bu ko'pincha samaraliroq bo'ladi - ya'ni ancha qisqa vaqt ichida yoki juda kam hisoblash resurslaridan foydalanish.
Keling, bu nimani anglatishini aniq misol bilan ko'rib chiqaylik. Tasavvur qilaylik, biz San-Frantsiskodamiz va u erga borishning millionlab variantlaridan qaysi biri Nyu-Yorkka eng yaxshi yo'l ekanligini bilmoqchimiz (N=1,000,000). Optimal marshrutni topish uchun kompyuterlardan foydalanish imkoniyatiga ega bo'lish uchun biz 1,000,000 XNUMX XNUMX variantni raqamlashtirishimiz kerak, bu ularni klassik kompyuter uchun bit tiliga va kvant kompyuteri uchun kubitlarga tarjima qilishni nazarda tutadi.
Klassik kompyuter kerakli yo'lni topgunga qadar barcha yo'llarni birma-bir bosib o'tishi kerak bo'lsa-da, kvant kompyuteri kvant parallelizmi deb nomlanuvchi jarayondan foydalanadi, bu unga barcha yo'llarni bir vaqtning o'zida ko'rib chiqishga imkon beradi. Bu shuni anglatadiki, kvant kompyuteri ishlatilgan resurslarni optimallashtirish tufayli klassik kompyuterga qaraganda tezroq optimal yo'lni topadi.
Hisoblash qobiliyatidagi farqlarni tushunish uchun n kubit bilan biz 2 bilan mumkin bo'lgan narsaga ekvivalentini qilishimiz mumkin.n bitlar. Ko'pincha taxminan 2 bilan aytiladi70 kubitlar bo'lsa, kvant kompyuterida koinotdagi atomlar sonidan ko'ra ko'proq turli va bir vaqtning o'zida belgilar qatoriga ega bo'lishingiz mumkin, bu taxminan 2 tani tashkil qiladi.80. Yana bir misol, hisob-kitoblarga ko'ra, 2000 dan 2500 kubitgacha bo'lgan kvant kompyuteri bilan siz bugungi kunda qo'llaniladigan deyarli barcha kriptografiyani (ochiq kalitli kriptografiya sifatida tanilgan) buzishingiz mumkin.
Kriptografiyaga kelsak, foydalanishning ko'plab afzalliklari mavjud kvant hisoblash. Agar ikkita tizim bir-biriga bog'langan bo'lsa, bu ularning bir-biri bilan bog'liqligini anglatadi (ya'ni, biri o'zgarganda, ikkinchisi ham o'zgaradi) va hech qanday uchinchi tomon bu korrelyatsiyani taqsimlamaydi.
Olib ketish
Biz raqamli transformatsiya davrida turibmiz, unda blokcheyn, sun'iy intellekt, dronlar, narsalar interneti, virtual haqiqat, 5G, 3D printerlar, robotlar kabi rivojlanayotgan texnologiyalar avtonom avtoulovlar bir qancha soha va tarmoqlarda tobora ko‘proq namoyon bo‘lmoqda.
Rivojlanishni jadallashtirish va ijtimoiy ta'sir ko'rsatish orqali inson hayoti sifatini yaxshilashga qaratilgan ushbu texnologiyalar hozirda parallel ravishda rivojlanmoqda. Biz kompaniyalarning blokcheyn va IoT yoki dronlar kabi ikkita yoki undan ortiq texnologiyalarning kombinatsiyasidan foydalanadigan mahsulotlarni ishlab chiqayotganini kamdan-kam uchratamiz. sun'iy intellekt.
Ular birlashishga va shu tariqa eksponent darajada kattaroq ta'sir ko'rsatishga mo'ljallangan bo'lsa-da, rivojlanishning dastlabki bosqichi va ishlab chiquvchilar va texnik ma'lumotlarga ega odamlarning etishmasligi konvergentsiya hali ham kutilayotgan vazifa ekanligini anglatadi.
Buzuvchi potentsial tufayli kvant texnologiyalari nafaqat ushbu barcha yangi texnologiyalar bilan birlashishi, balki ularning deyarli barchasiga keng ta'sir ko'rsatishi kutilmoqda. Kvant hisoblash maʼlumotlarning autentifikatsiyasi, almashinuvi va xavfsiz saqlanishiga tahdid soladi, bunda kriptografiya kiberxavfsizlik yoki blokcheyn kabi muhimroq rol oʻynaydigan texnologiyalarga koʻproq taʼsir qiladi.
Leave a Reply