Мо ҳадди аққал чанд сол дар бораи компютерҳои квантӣ мешунавем. Аммо он чист? Компютери квантӣ барои чӣ кор мекунад? Имрӯз ҳама дар бораи он бо суханони оддӣ.
Квант компютер ихтироъест, ки бисёре аз муҳаққиқон аз он умеди зиёд доранд ва интизор доранд, ки он ба рушди илм таъсири мусбат мерасонад. Бо вуҷуди ин, фаҳмидани он ки физикаи квантӣ чӣ гуна кор мекунад, хеле душвор аст. Баъзе физикҳо ҳатто шубҳа доранд, ки оё "компютерҳои квантӣ"-и ҳозира бояд ин гуна номида шаванд. Бузургтарин монеа дар истифодаи ҳисоббарории квантӣ шумораи зиёди хатогиҳост, ки ҳатто аз тағироти хурдтарин дар муҳити мошинҳои квантӣ таъсир мерасонанд. То хол ба мо муяссар нашудааст, ки потенсиали битхои квантиро пурра истифода барем. Имрӯз мо кӯшиш мекунем фаҳмем, ки дар бораи ин битҳои квантӣ чӣ махсус аст?
Оё компютерҳои квантӣ вуҷуд доранд?
Моҳияти ҳар як олими ҳақиқӣ дар он аст, ки ҳамеша бовар накунад ва тафтиш кунад. Ин суханонро хануз дар давраи донишчуй ба ёд овардам. Ва на як бору ду бор ба дурустии ин ибора боварй хосил кард. Ин ба "компютерҳои квантӣ" низ дахл дорад. Чаро ман номи ин компютерҳоро иқтибос овардам? Биёед бифаҳмем.
Компютерҳои квантӣ як мавзӯи хеле мураккабанд, аммо ман кӯшиш мекунам онро то ҳадди имкон содда созам ва дар бораи онҳо ба таври дастрас сӯҳбат кунам. Ҳатто имрӯз, олимон, физикҳо ва муҳандисон метавонанд саволи ба назар соддаеро баҳс кунанд, ки оё компютери квантии корӣ дар ягон ҷои дунё вуҷуд дорад. "Аммо чӣ гуна ширкатҳо ба монанди IBM бо компютерҳои квантӣ фахр мекунанд!" - шояд касе гӯяд. Ва ӯ ҳақ хоҳад буд. Саволи кушода боқӣ мемонад, ки оё IBM воқеан компютери квантиро офаридааст ё дастгоҳи худро танҳо "компютери квантӣ" номидааст.
Вақте ки яке аз дӯстонам аз ман хоҳиш мекунад, ки бо суханони оддӣ шарҳ диҳам, ки компютерҳои квантӣ аз компютерҳое, ки мо одат кардаем, чӣ фарқ доранд, ман одатан муқоисаи оддиро истифода мебарам. Агар компютерҳои классикии мо (масалан PC, ноутбукҳо ва смартфонҳо) шамъ, пас компютерҳои квантӣ лампаҳои барқӣ мебошанд. Мақсади ҳарду як аст - барои лампаҳои лампаҳо ва шамъҳо ин партови нур аст ва барои компютерҳо - барои ҳисобҳо. Аммо дар хар ду маврид максад тамоман дигар хел ба даст меояд ва натича дигар аст. Оддӣ карда гӯем, компютери квантӣ танҳо як версияи такмилёфтаи компютерҳои муосир нест, ҳамон тавре ки лампочка танҳо шамъи калонтар нест. Шамъро беҳтару беҳтар сохтан, лампочка сохтан мумкин нест. Лампаи нурӣ гуногун аст технологӣ, ба фахмиши амики илмй асос ёфтааст. Ба ҳамин монанд, компютери квантӣ як навъи нави дастгоҳест, ки бар физикаи квантӣ асос ёфтааст ва ҳамон тавре, ки лампаи лампа ҷомеаро тағир дод, компютерҳои квантӣ метавонанд ба бисёр ҷанбаҳои ҳаёти мо, аз ҷумла ниёзҳои амниятӣ, тандурустӣ ва ҳатто Интернет таъсир расонанд.
Пас, агар мо ба муќоисаи компютерњо бо лампањои лампањои лампањои лампањои лампањои иќтисодї пайваст шавем, пас «квантї Ҷозеф Свон» (офаридаи аввалин лампаи лампаи функсионалї) њанўз пайдо нашудааст ва то имрўз илм саъй дорад, бо ибораи содда, "чизи сурх ва гарм" тавассути тафтиш, чӣ қадар он медурахшад. Мо баъзе асосҳои назариявии чӣ гуна кор кардани компютерҳои квантиро медонем, аммо дар роҳи рушди онҳо монеаҳои бузурге ҳастанд, ки ҳанӯз ҳам мунтазири ҳалли онҳо ҳастанд.
Марказҳо ва ширкатҳои таҳқиқотӣ дар саросари ҷаҳон озмоишҳо ва таҳқиқоти минбаъдаро анҷом медиҳанд ва коршиносон дар соҳаи физикаи квантӣ розӣ ҳастанд, ки эҷоди мошинҳои квантии пурра коркунанда, ки мо метавонем онҳоро барои ноил шудан ба ҳадафҳое истифода кунем, ки дар ин марҳила ба даст овардан ғайриимкон аст, бешубҳа даҳҳо маротиба мегузарад. солхо.
Ман боварй дорам ва бисьёр олимон бо ман розй мешаванд, ки мошинхое, ки холо компютерхои квантй меноманд, ба чунин ном сазовор нестанд. Онҳо қобилияти ҳисоб кардан ё ҳалли мушкилотро надоранд, ки мо онҳоро бо роҳи муқаррарӣ ва классикӣ ҳал карда наметавонем.
Мо хануз ба чунин дарачаи тараккиёти технологии худ нараси-даем, ки мо машинаи квантиро ба вучуд оварда тавонем, ки он масъалахоеро, ки хозир барои компютерхои классики дастнорасанд, хал кунад. Албатта, Google ё IBM дар бораи баъзе ё дигар ҳисобҳои иҷрошуда сӯҳбат мекунанд, ки ба таври классикӣ иҷро кардан душвор хоҳад буд, аммо дар айни замон онҳо боварибахш нестанд.
Ҳамчунин хонед: Чин низ ба кашфи кайҳон майл дорад. Пас, онҳо чӣ гунаанд?
Квант чист?
Ба ҳар ҳол "квант" чист? Ин объекти ҷисмонӣ нест. Истилоҳи "квант" дар физика барои тавсифи хурдтарин фраксияи имконпазири чизе истифода мешавад. Ҳамин тавр, шумо метавонед "кванти қувва", "кванти вақт" ё "кванти зарраҳо" дошта бошед. Бо ин роҳ мо ба истилоҳот, аз қабили «физикаи квантӣ» ва «механикаи квантӣ», яъне соҳаҳои илме, ки бо хурдтарин таъсири мутақобила ё системаҳои имконпазир - дар сатҳи атомҳо ва ҳатто кваркҳои алоҳида сарукор доранд, мерасем.
Ва акнун мо ба кубит (бити квантӣ), яъне ба "хурдтарин ва тақсимнашавандаи воҳиди иттилооти квантӣ" расидем. Дар баробари ин, мо низ ба нуктаи аввал меоем, ки дар бораи шабоҳатҳо ва фарқиятҳо дар бораи чӣ гуна компютерҳои классикӣ (бо истифода аз битҳо) ва компютерҳои квантӣ (бо истифода аз кубитҳо) ҳисобкуниҳо нақл мекунад.
Дар компютерҳои классикӣ ҳар як порчаи информатсия ҳамчун пайдарпайии якҳо ва сифрҳо нигоҳ дошта мешавад. Чунин маълумот аз ҷониби компютер, консол, смартфон, соати интеллектуалӣ ва телевизиони интеллектуалӣ, монанд ба амалиётҳое, ки дар ин маълумот анҷом дода мешаванд. Новобаста аз он ки мо ба аксҳои рухсатӣ нигоҳ мекунем, бо дӯстон сӯҳбат мекунем, бозии охиринро бозӣ мекунем ё ҳисобҳои пешрафтаи криптографиро иҷро мекунем, ҳама чиз дар системаи дуӣ рӯй медиҳад, ки дар он 0 ё 1 вуҷуд дорад ва ҳеҷ чизи дигаре нест. Дар асл, он бештар ба классикии ҳа ё не монанд аст.
То чӣ андоза бесамар будани ин системаро ҳангоми расидан ба ҳадди худ дидан мумкин аст. Ва оё мо дар смартфони худ ҷой барои селфии дигар тамом мешавад ё олимон кӯшиш мекунанд моделҳои математикии рушди пандемияро эҷод кунанд, мушкилот дар он аст, ки сифрҳо ва якҳо хеле зиёданд ва захираҳо барои нигоҳ доштани онҳо ва қудрати ҳисоб кардани онҳо дастрас нест.
Qubit ин мушкилотро ҳал мекунад. Ин порчаи иттилоот хосиятҳои физикаи квантиро истифода мебарад, ки имкон медиҳанд, ки дар як суперпозиция боқӣ монад. Кубит метавонад ҳар гуна қиммати аз 0 то 1 дошта бошад. Он дорои хосиятҳои тамоми спектр буда, метавонад арзишҳо ба монанди 15% сифр ва 85% як дошта бошад. Аз ҷиҳати назариявӣ, ин ба шумо имкон медиҳад, ки маълумоти бештарро захира кунед ё ҳисобҳоро суръат бахшед. Аммо дар баробари ин бисьёр проблемахое ба миён меоянд, ки назорат кардан ва хатто дарк кардан душвор аст.
Хусусияти дигари компютерҳои квантӣ, ки имкон медиҳад миқёси иловагии қудрати ҳисоббарорӣ истифода шавад, истифодаи печи квантӣ мебошад. Ин ҳолатест, ки ду қубит ба ҳам пайвастанд ва ҳар боре, ки мо яке аз онҳоро мушоҳида мекунем, дигараш маҳз дар ҳамон ҳолат хоҳад буд. Entanglement имкон медиҳад, ки кубитҳо ба воҳидҳои боз ҳам муассиртар барои сабт ва коркарди иттилоот гурӯҳбандӣ шаванд.
Ҳамчунин хонед: Биохакерҳо кистанд ва чаро онҳо ихтиёран худро чип мекунанд?
Таҷҳизоти квантӣ
Компютери квантӣ аз се қисмати асосӣ иборат аст: майдони нигоҳдории қубитҳо, усули интиқоли сигналҳо ба кубитҳо ва компютери классикӣ барои иҷрои барнома ва ирсоли дастур.
Маводи квантӣ, ки кубитҳоро ташкил медиҳад, нозук аст ва ба таъсири муҳити зист ниҳоят ҳассос аст. Барои баъзе усулҳои нигоҳдории қубит, воҳиде, ки кубитҳоро ҷойгир мекунад, дар ҳарорати наздик ба сифри мутлақ нигоҳ дошта мешавад, то ҳамоҳангии онҳо ба ҳадди аксар расонад. Дигар намудҳои нигаҳдории кубит барои кам кардани ларзиш ва мӯътадил кардани кубитҳо камераи вакуумро истифода мебаранд.
Усулҳои гуногуни интиқоли сигналҳо ба кубитҳо мавҷуданд, аз қабили микромавҷҳо, лазерҳо ва шиддати барқ.
Барои мукаррар намудани кори муътадили машинахои квантй бисьёр масъалахоро хал кардан лозим меояд. Мушкилоти асосӣ бо компютерҳои квантӣ ислоҳи хатогиҳост ва миқёс (илова кардани кубитҳои бештар) басомади онҳоро боз ҳам зиёд мекунад. Аз сабаби ин маҳдудиятҳо, компютери шахсии квантӣ дар мизи шумо ҳанӯз ояндаи дур аст, аммо компютерҳои квантии тиҷоратӣ метавонанд дар ояндаи наздик дастрас шаванд. Биёед дар ин бора муфассалтар гап занем.
Масъалаҳои компютерҳои квантӣ
Аммо, компютерҳои квантӣ як мушкилоти бузург доранд. Яъне, олимон дар истифодаи онҳо мушкилоти бузург доранд, зеро ба шарофати хосиятҳои махсуси худ, қубитҳо ба муҳити кофӣ ором ниёз доранд, то тавонанд ҳама гуна маълумотро аз онҳо дақиқ бихонанд. Ҳар як, ҳатто хурдтарин вайронкуниҳо хондани маълумоти дақиқро ғайриимкон месозад.
Дар мавриди компютерҳои классикӣ низ дар гузашта як мушкили мушобеҳ нақши муҳим бозида буд, аммо имрӯз он чунон ночиз аст, ки ҳатто дар илми академӣ аксар вақт онро нодида мегиранд. Мо дар бораи сатҳи хатогиҳо гап мезанем. Ин нишондиҳандаест, ки муайян мекунад, ки кадом ҳиссаи битҳо ё кубитҳои иттилоот метавонанд вайрон шаванд. Ин метавонад, масалан, дар вақти баланд шудани шиддат ё дигар халалҳо рух диҳад.
Барои дастгоҳҳои классикӣ, эҳтимолияти хато тақрибан як аст 1017 каме Дар мавриди компютерҳои квантӣ, ин ҳоло ҳам яке аз садҳо аст. Ва ин дар вазъияте аст, ки компютерҳои квантӣ дар шароити аз ҳама ҷудошуда ва дар ҳарорати -272 дараҷа, яъне каме болотар аз сифри мутлақ кор мекунанд. Ҳама гуна тағирёбии ҳарорат, тағирёбии майдони электромагнитӣ ва ҳатто ҳаракат тамоми ҳисобро вайрон мекунанд.
Мушкилоти дигар ин «ноустувории» давлатҳои квантӣ мебошад. Ҳар вақте ки мо ҳолати квантиро чен мекунем ё халалдор кардан мехоҳем, он ба яке аз ду мавқеъ, сифр ва як бармегардад. Дар ин ҳолат ҳолати квантӣ таназзул хоҳад кард. Ин раванд декогерентсияи квантӣ номида мешавад.
Дар ин бора фикр кунед: компютери квантӣ як математики моҳир аст, ки ҳисобҳои мураккабро иҷро мекунад ва натиҷаҳои он аз 0 то 1 миллион аст. Мо, дар навбати худ, кӯдаке ҳастем, ки танҳо мефаҳмем, ки чизе метавонад аз ҳад зиёд ё хеле кам бошад. Ҳар гоҳе ки математик метавонад натиҷаҳои гуногун дошта бошад, ба монанди 356 ё 670,23, мувофиқи фаҳмиши мо дар бораи ҷаҳон, ҳар яке аз ин натиҷаҳо бидуни муайян кардани фарқияти мушаххаси байни ин ду ба кам (1) ё бисёр (846) тасниф карда мешаванд. Ин декогерентсияи квантӣ аст. Ягона роҳи ҳисобкунии дуруст ин кафолат додани кори математика пеш аз анҷоми он мебошад.
Ҳамчунин хонед: Устод ва заковат дар Миррих чӣ кор хоҳанд кард?
Мо компютерҳои квантиро барои чӣ истифода хоҳем кард?
Имрӯз саволе ба миён меояд, ки компютерҳои квантиро барои чӣ истифода бурдан мумкин аст, мисли 20 сол пеш, смартфонро барои чӣ истифода бурдан мумкин аст. Албатта, аллакай баъзе нақшаҳо ва тахминҳо вуҷуд доранд, аммо самтҳои ҷолибтарин барои истифодаи qubits эҳтимолан вақте ки компютерҳои квантӣ васеъ паҳн мешаванд, маълум хоҳанд шуд.
Криптография яке аз соҳаҳои маъмултаринест, ки дар он компютерҳои квантӣ бештар истифода мешаванд. Гап дар он аст, ки ин як усули интиқоли иттилоот ба таври хеле бехатар хоҳад буд ва амният на ба мураккабии равандҳои ҳисоббарорӣ, балки ба қонунҳои физика асос ёфтааст, ки итминон медиҳад, ки баъзе чизҳо ғайриимконанд. Ва дар ин лаҳза гӯш кардан, ҷосусӣ кардан, хак кардан ғайриимкон хоҳад буд.
Амният дар ин ҳолат бо хосиятҳои физикии кубитҳо кафолат дода мешавад, ки тавре ки ман қаблан шарҳ додам, баробари мушоҳида шудани онҳо хусусиятҳои суперпозиция нишон намедиҳад. Ҳамин тавр, ҳама гуна кӯшиши боздошт ё ҳатто нусхабардории паёми рамзгузоришуда онро танҳо нест мекунад.
Компютерҳои квантӣ инчунин метавонанд ба мо имкон диҳанд, ки равандҳои табииро беҳтар фаҳмем. "Бетартибиҳои" суперпозиция роҳро, масалан, мутатсия дар ДНК ва аз ин рӯ рушди беморӣ ва эволютсияро хеле беҳтар инъикос мекунад. Ҳисобкунии квантӣ имрӯз барои эҷоди доруҳои нав истифода мешавад.
Эҳтимол, дар бораи истифодаи компютерҳои квантӣ барои телепортатсияи додаҳо сӯҳбат кардан маъно дорад. Бале, маҳз телепортатсияи маълумот ва эҳтимолан шахс. Мо метавонем маълумотро аз як ҷо ба ҷои дигар бидуни интиқоли ҷисмонӣ интиқол диҳем. Чунин ба назар мерасад, ки фантазия аст, аммо имконпазир аст, зеро ин моеъияти заррачаҳои квантӣ метавонад дар вақт ва фазо печида шавад, то тағирёбии як зарра ба дигараш таъсир расонад ва ин барои телепортатсия канал эҷод мекунад. Ин аллакай дар лабораторияҳо нишон дода шудааст ва метавонад як қисми интернети квантии оянда бошад. Мо то ҳол чунин шабака надорем, аммо баъзе олимон аллакай дар болои ин имкониятҳо кор карда, шабакаи квантиро дар компютери квантӣ тақлид мекунанд. Онҳо аллакай протоколҳои нави ҷолибро таҳия ва татбиқ кардаанд, ба монанди телепортатсия байни корбарони шабака ва интиқоли самараноки маълумот ва ҳатто овоздиҳии бехатар.
Инчунин бояд гуфт, ки компютерҳои квантӣ бояд барои тақлид кардани ҳолатҳои гуногун ва ёфтани роҳи ҳалли мушкилот, аз ҷумла доруҳо ва ваксинаҳо истифода шаванд. Масалан, ҳангоми пандемия ба монанди коронавирус, вақте ки ҳисоб ва ҳисобкунии вариантҳои зудтар лозим аст. Дар ин ҷо шумо метавонед аз имкони моделсозии квантӣ истифода баред, ки онро дар компютери классикӣ иҷро кардан ғайриимкон аст. Вақте ки бемории нав пайдо мешавад, раванди дарёфти роҳи табобат тақрибан 15 сол тӯл мекашад ва метавонад то 2,6 миллиард доллар арзиш дошта бошад. Дар баъзе бемориҳо, миллионҳо молекулаҳоро филтр кардан лозим аст, то танҳо садҳо шахсони умедбахшеро, ки эҳтимолан донор шаванд, муайян кунанд. Сипас, ҳангоми санҷиш, тақрибан 99% молекулаҳо аз сабаби пешгӯии нодурусти рафтор ва маҳдудиятҳои интихоб партофта мешаванд. Дар ин ҷо компютерҳои квантӣ ба майдон меоянд.
Ва инҳо ҳоло ҳам танҳо чанде аз ғояҳои олиҷаноб дар бораи он чизе ки бо истифода аз физикаи квантӣ ба даст овардан мумкин аст. Айни замон мо тавонистем то андозае хислати инҷиқии ӯро ром кунем, аммо ҳама таҳаввулот ҳанӯз дар сатҳи ибтидоӣ қарор доранд. Эҷоди як компютери воқеии квантӣ ва истифодаи оммавии он ҳанӯз хеле дур аст, аммо пешрафт дар ҳоли ҳозир нест. Аз ин рӯ, шояд пас аз даҳ сол шумо ин мақоларо бо ёрии компютери квантӣ мутолиа хоҳед кард ва табассуми таҳқиромез хоҳед кард.
Ҳамчунин хонед:
Чоч саг бошед, муеллимин ба мо дастгоҳҳои хотираи муосир