מחשוב קוונטי
המחשב המודרני
כפי שראינו בנושא הקודם, החלק המהותי של המחשב הוא המעבד ועוד ועוד ככל שהטכנולוגיה מתגברת וההנדסה משתפרת בתחום המחשוב, המעבדים הפכו קטנים ומהירים יותר ויחד עם זה האתגרים להמשיך אותו תהליך של צמצום והגדלת הקיבולת הוא האתגר הגדול ביותר כיום.
אחת החלופות שבאו לפתור בעיה זו הייתה הרעיון של המחשב הקוונטי. ומה זה מחשב קוונטי? מה מייחד אותו מהמחשב הקלאסי (Common Computer)?
ההבדל העיקרי בין CQ (Quantum Computer) לבין CC (Common Computer) ה וא דרך העיבוד. ככה?! כפי שראינו בעבר וכבר אנחנו מכירים את המונח "קוואנטום" הוא שה-CQ לא פשוט יפעל עם זרמים חשמליים אלא יפעל בדיוק עם אטומים (פרוטונים, אלקטרונים וכו')!
טעים 😂! אני מאמין שחלקם ודאי כבר שואלים את עצמם... "אלוהים אדירים! בשביל מה?!" "אני לא מבין יותר", נראה שהדברים לא נעשים פשוטים יותר ככל שאנו מתקדמים עם נושא ה-MQ הזה, אבל אל תתייאשו! עד כמה שהנושא מפחיד חלק ומעניין אחרים, זה החלק המהנה בלימוד ולימוד של נושא ספציפי. זה להבין ולראות את היישום שלך!
מכיוון שתפקיד האתר הזה הוא להעביר את ה-MQ כמשהו "קל" יותר לציבור, זה לא המקום שבו התוכנית הזו תסתיים חחח. קחו נשימה עמוקה ונסביר צעד אחר צעד בצורה הכי פשוטה שיש.
הדרך שבה CC פועלת היא כשה"סיביות" (0 ו-1) ורצף המספרים הללו מתחלפים או לא מייצרים את כל המידע שאנחנו צריכים כדי לעשות שימוש במחשב או בכל מכשיר אלקטרוני. זה. לא מאוד שונה, CQ תשתמש בצורה דומה של ביטים, אבל בצורה מורכבת יותר ודי "ניתנת לאופטימיזציה", ה- מפורסם "קווביט" (סיבית קוונטית).
קוביט הוא לא יותר מאשר סופרפוזיציה של בינאריים (0 ו-1), זוכרים מה אמרנו על סופרפוזיציה של גלים בנושא MQ? לאחר מכן! זה בדיוק איך CQ's יעבדו מידע. למי עוד זה צף, ה-CQ פועל לא רק על ידי מדידה אם יש לו זרם (1) או אם אין לו זרם (0) אלא הוא מבצע את העיבוד שלו באמצעות מצבים פיזיקליים "קוונטיים" הנמדדים באמצעות תכונה של חומר אלמנטרי, בעיקר אלקטרונים, אשר הוא המכונה "ספין", כלומר, ה-CQ אינו מעבד את המידע עם 1 או 0 אלא 1 ו -0 בו זמנית, אז (שכבת על).
בניגוד ל-CC שמודד ביט אחד בכל פעם, זה המספר 1 או 0, לעולם לא שניהם בו-זמנית. על ידי כך, אפשרות העיבוד גדלה באופן אקספוננציאלי עבור בעיות ומשימות מורכבות ביותר הדורשות כמות גדולה מאוד של חישובים ומספר תהליכים וכתוצאה מכך למצוא את הפתרונות השונים האפשריים הללו בשבריר שנייה. שני הסרטונים למטה יתנו לך מושג ברור יותר כיצד זה עובד בפועל. הערה: הפעל כתוביות!
כיצד ליצור קוביט
כיצד ליצור מחשב קוונטי
מתמטיקה מאחורי המחשב הקוונטי
בקיצור, המחשב עושה מניפולציות על חלקיקים אלמנטריים. והדרך בה אנו שולטים בחלקיקים היסודיים הללו מאפשרת לנו לבצע חישובים מורכבים הדורשים מספר שלבים תוך שעות או דקות. ייצור המידע הזה ברמה האטומית נקרא קוביט והוא מיוצר על ידי שליטה על תכונה פנימית של האלקטרון, כפי שמוצג בסרטון הראשון.
המניפולציה של זה ספין נעשה עם טבילה של חלקיק זה בשדה אלקטרומגנטי, שבו שדה זה פולט תדר, הנקרא תדר התהודה. תדר התהודה אינו אלא הפעלת רטט הדומה לרטט הטבעי של חומר או חלקיק מסוים, וכאשר תדר זה יגיע לעצם המטרה, הוא יגרום לו להתרגש (להגדיל את האנרגיה שלו) ולהתחיל לרטוט במצב הרגיל. שאנו רוצים.
הדבר המעניין לעשות זאת עם האלקטרון הוא שאנו גורמים לסופרפוזיציה של מצבים כפי שהוסבר בסרטון השני, ה-CC מאפשר רק לביטים להיות רק ב-0 ו-1, ה-Qubit הוא "לימבו" שהוא מצליח להיות בו. ערכי ביניים בין שני ערכים אלה כגון (0,1; 0.59; 0.90 וכו'...). זה מאפשר, באמצעות תוכנה המיועדת ל-QC, לפרש תוצאות מורכבות ונרחבות יותר בזמן מופחת מאוד בהשוואה למחשב רגיל.
כפי שראינו בסרטון השני, Qubits למשל |01> ; |10> כאשר מונחים על גבי יציגו את המצבים שלהם בשבריר מהזמן, כלומר, החלפת הערכים הללו משתנה בהתאם לזמן שעובר, לכן, ה-CQ היא גם מערכת מאוד "שברירית" מכיוון שכל וריאציה חיצונית במערכת זו יכולה לשנות לחלוטין את המידע, ולא רק נוכחותם של גורמים חיצוניים אלא גם הזמן שהמצבים הללו נשארים עד למדידה הם מהירים ביותר, מה שהופך את המדידה התהליך הוא גם אתגר.
ובמקרה שלא שמתם לב בבירור בסרטונים הקודמים אתם בטח תוהים... "טא! מחשב סופר מהיר ששולט בתנודות של אלקטרון כדי לבצע חישובים מורכבים... אז מה? כמה כל זה פרקטי? האם מחשב העל הזה ישמש רק למתמטיקה מסובכת?
התשובה הקצרה היא כן ולא! היתרון ב-CQ הוא אמנם בזכות יכולתו לבצע חישובים עדיפה בהרבה בהשוואה ל-CC, אך דווקא ביתרון זה תחומים מסוימים של ידע מדעי הכוללים מספר משתנים, בעיות נרחבות ועם הרבה אפשרויות לפתרון, ה-CQ יעשה את העבודה הזו תוך דקות ספורות.
ישנן מספר דוגמאות ליישום סוג זה של חישוב כדי לפתור בעיות, כגון חיזוי מזג אוויר. המשתנים להבנת האטמוספירה של כדור הארץ הם כל כך רבים שכאשר אנו רואים בחדשות העיתון מכריז על הסתברות לגשם ולעולם לא על ודאות, יש סיכוי של 30% לגשם בסאו פאולו, ביום כזה וכפי שבעצם אנחנו כבר חוו את זה, כמה שהעיתון אומר שיירד גשם ביום אחד, אולי באמת לא.
למה זה קורה?! פשוט בגלל המורכבות של מערכת האטמוספירה, והמורכבות הזו היא בכמות הגורמים המשפיעים על האטמוספירה לגרום למשל לגשם, בין אם זה לחץ אטמוספרי, טמפרטורה באזור הספציפי, צפיפות אוויר, לחות אוויר, לחץ הבדלים באזורים אחרים המשפיעים על האזור בו הוא נמדד, וכן הלאה. מקומות עשרוניים בחישובים כאלה עושים הבדל אסטרונומיים, וככל שמספר המקומות העשרוניים יותר, מרווח הטעות בחיזוי תופעות דינמיות כמו מזג האוויר קטן יותר.
מדהים לא?! עד עכשיו עם כל המידע הזה שהועבר אליך, אולי אתה שואל את עצמך "טא! אז בעתיד כל המחשבים יהפכו לקוונטיים?" התשובה היא שאנחנו לא יודעים ואנחנו לא יכולים להגיד כלום עדיין. כפי שכבר ציינו בחלק מהסרטונים, CQ לא מחליף לחלוטין את המחשבים שיש לנו היום, אבל מובטח שלמשימות ספציפיות שכבר הזכרנו, ל-CQ יש ביצועים גבוהים עד כדי גיחוך מ-CC, כך שה-CQ הם למעשה הבא האבולוציה של המחשוב וכל הנלווה לזה. כפי שצוין גם לגבי קריפטוגרפיה, בעתיד הלא רחוק, כל מה שאנו מחשיבים כיום כמוגן על ידי מערכות מוצפנות יהיה מאוים על ידי CQ, אבל כפי שמוצג בסרטון Nerdologia, מחקרים כבר מבוצעים על הצפנה קוונטית, בדיוק לספק את פרצת האבטחה הזו עם סוג חדש זה של מחשוב.
תהליך התקשורת גם כאשר ה-CQ's הללו מיוצרים בקנה מידה גדול, האופן שבו הם מחליפים מידע זה עם זה יהיה שונה לחלוטין מהתקשורת הנוכחית, באמצעות פוטונים (אור) ותוצאה של תורת הקוונטים המכונה "הסתבכות קוונטית" או " הסתבכות קוונטית". כמובן שהתפיסה הפורמלית היא די מופרכת ולא תלוי בנו להבין אותו בצורה מושלמת עכשיו וכאן, אבל הרעיון הוא שכאשר שני חלקיקים מבנים תת-אטומיים קרובים מאוד זה לזה, התכונות שלהם קשורות (עדיין לא ידוע איך ולמה זה קורה), אבל התופעה הזו כבר נבדקה מספר רב של פעמים והוכחה ניסיוני (בסרטונים נוספים יהיו סרטונים שיסבירו זאת טוב יותר) .
לדוגמא, ניקח חלקיק יסודי שנקרא P1 ועוד P2, כאשר נחבר את שני החלקיקים הללו יחד, התכונות שלהם מקושרות, כדי להבין את ההסתבכות קוונטי, בוא נפריד את שני החלקיקים האלה במרחק גדול מאוד, ניקח את P2 ונשים אותו על פני השטח של נפטון למשל, (המרחק של נפטון מכדור הארץ הוא בערך. 4,504,300,000 ק"מ). על פי תיאוריית ההסתבכות הזו, אם נעשה שינוי כלשהו בחלקיק ה-P1 שנשאר איתנו על פני כדור הארץ המקושר בצורה לא ידועה עם חלקיק ה-P2 על נפטון, חלקיק ה-P2 הזה יגיב בהשפעה הפוכה. באופן מיידי! כלומר, התופעה הזו כנראה התעלמה מתורת היחסות שאומרת שהמהירות המגבילה ביקום היא מהירות האור (300,000 קמ"ש). מסיבה זו, היוצר של תורת היחסות, אלברט איינשטיין קרא לזה תופעה כגון (Ghostly Action Ranged). לזכור שלמרות שתופעה זו כבר הוכחה כנכונה בניסויים, היא אינה פוסלת את תורת היחסות. רק אנו עוסקים בתופעות בעלות ממדים שונים בתכלית, שבהן תורת היחסות אינה חלה.
יישום זה לתקשורת בין מחשבים כגון האינטרנט כפי שאנו מכירים אותו היום, יש סיכוי אם אינך משתמש בחיבור מאובטח מ- a מישהו מרגל ומחטט בכל השיחה, המידע והשימוש שלך באינטרנט. כעת עבור ה-CQ's התקשורת יכולה להיעשות עם הפוטונים המסובכים הללו. לפי התיאוריה, כל רעש (או גורם חיצוני שרוצה להפריע, כמו בהקשר של תקשורת ואינטרנט) המידע הוא מקושקש לחלוטין ובלתי ניתן לזיהוי, ואם אפילו לא מושמד, מסיבה זו ה-QC's יכולים להיות הבא הדור של מחשבים מאובטחים ושלמות יותר במונחים של פרטיות עם המידע שלהם ועבור כמה מומחים מערכת כמעט בלתי ניתנת להפרה.
עד כה, יש לקוות שאתה, הקורא, הבנת את ההשפעה שיש לתורת הקוונטים על החברה הנוכחית שלנו, אנו תלויים בה כל הזמן ויישומיה נמצאים בתחומי הידע המגוונים ביותר, בין אם הנדסת חומרים, כימיה, הנדסה כימית. , צבא הנדסי, רפואה, תעשיית התרופות, בין דוגמאות רבות אחרות שבהן זה מיושם באופן נרחב. מה צפוי אתה בסוף החומר הדידקטי הזה אמור להבין את כל התהליך של בניית תורת הקוונטים, להבין את הרעיונות והתיאוריות המרכזיות מאחורי התופעות הללו וכמובן להבין היכן הן חלות, ואולי לפחות עוררו את ענייןכם בנושא, כי מי יודע, בעתיד הלא רחוק אתה תהיה האחד מי יגלה את התיאוריה הבאה שתרעיד את המושגים המדעיים של המדע המודרני?!