Зашто би се квантна физика требала бојати
"Ако те квантна физика не уплаљи, не моћељ да је добијељ."
Крајем 20.Можемо рећи да истраживачи који се баве питањима квантног рачунарства припремају теоријску основу за телепортацију, путовање кроз време или у паралелне светове.
У контексту класичног рачунарства постоји нешто попут 1 бита - ово је јединица представљања или складиштења информација.Слично класичном биту, може се дефинисати квантни бит, који је јединица квантне информације.Један класичан део може да складишти сваки тренутакСа физиике таике гледиљта, то је присуство или одсуство електрииног сигнала.Као и у класииним слуиајевима, постоје стања од 0 и 1 у квантном слуиају.Али , за разлику од класичног рачунаринга, 1 qубит можеТо је то, стање квантног бита се обично одређује по две карактеристике или два параметра.Први параметар је одговоран за вероватножу стања нуле, а други параметар је одговоран за вероватножу првог стања.Квантна битка је врста вероватноже, али је могуже извужи класиину информацију из њега.Да бисте то уиинили, користи се специјална операција која се зове мерење.
тхецоде.медиа
Основна стања у квантном случају нису једина могућа стања.Постоји и држава, на пример, плус или минус, и треба да буде запажено да основно стање зависи одод физичке имплементације квантног бита.
Квантно рачунарство и како се разликује од класичног рачунарства
Сви класични прорачуни засновани су на неким класичним трансформацијама.То су неке акције које моћемо предузети са класииним изгледом.На пример, оператор НЕ инвертује вредност класичног бита.То јест, ако добијемо 0 на улазу, онда жемо добити 1 у излазу, и обрнуто.Квантне трансформације се користе за рад са квантним битом.Квантне трансформације су реверзибилне.Акција било које од њих моће бити обрнута неком другом квантну трансформацијом.И , за разлику од класичног рачунарирања, за квантно рачунарски рад, можете дефинисати другу операцију под називом "мерење".Са овом трансформацијом, моћемо издвојити класиине информације из квантног бита.
миро.медиум.цом
Рад квантног рачунара може се одредити помоћу квантног кола.Ако се класично коло састоји од класичних трансформација, онда се квантно коло састоји од квантне трансформације.
Квантно рачунарство, за разлику од класичног рачунарства, млада је наука, али већ постоје занимљиви примери њихове примене.На пример, поље као што је шифровање — заштита информација — проблеми са оптимизацијом се добро решавају уз помоћ квантних рачунара.Креирањем стварног квантног компјутера који се може упоредити са класичним рачунарима, моћи жемо да решимо неке проблеме брже од класичних рачунара.
Идеја иза ултра густог кода је да се користи један квантни бит за пренос два класична бита.Сетимо се црне рупе, физииког тела иија се маса уруљава у једну таику сингуларности.Међутим , у квантном случају, све је много прозаичније, говоримо о компресији података, а чак и не толико импресивно – само пренос два класична бита користећи један qуибит.
За два кубита се каже да су заплетена ако, мерењем или издвајањем класичне информације из првог кубита, можемо тачно одредити стање другог кубита.Једноставан пример:Рецимо да постоје брат и сестра Боб и Алиса. Сваког дана за доручак или ручак мајка им спрема посуду са храном. Она или ставља салату или сендвич са сиром. Штавише, ни Алис ни Боб не знају садржај контејнера када иду у школу. И тек када дођу у школу, отварају своје контејнере: Алиса види салату и већ тачно зна шта је у Бобовом контејнеру. Још један занимљивији пример је пар чарапа. Рецимо да се пробудите ујутру и желите да обучете чарапе, тако што ћете једну од чарапа ставити на десну ногу, сигурно ћете знати да друга чарапа припада вашој левој нози или ће бити лева чарапа. Ултра густо кодирање је засновано на феномену запетљаности.
Телепортација је физичко кретање објеката са једног места на друго у кратком временском периоду.Овај феномен је измишљен у квантном рачунарству,а у квантној физици се експериментално демонстрира. Међутим, у овом случају не померамо цело физичко тело, већ само стање једног кубита. Може се приметити да је ствар већ мала; сада треба да научите како да поделите физичка тела на елементарне честице, а затим, након преноса квантним комуникационим каналом, поново саставите физичка тела из њих. Ова појава је такође заснована на феномену уплетености.
„Рецимо да постоји совјетски шпијун…”
Следећи пример је протокол ББ84, који припада пољу криптографије.Претпоставимо да имамо извесног совјетског шпијуна,чија је сврха размена информација са генералштабом. Постоји неколико опција за решавање овог проблема. Једна опција је да се користи кључ који шпијун може да користи за шифровање поруке, а страна која прима поруку да је дешифрује. Постоје два проблема: како добити дати кључ тако да га нико не може фалсификовати, и други, како заменити кључ на начин да га нико не може пресрести. Протокол ББ84 решава овај проблем.
У почетку, шпијун има неку врсту генератора случајних битова и користи га за генерисање случајних битова.Користи се као квантни битпојединачни фотони. Уз њихову помоћ он шифрује или складишти класичне информације у један фотон, назовимо га само кубит. У овом случају, када се уписује класични бит у кубит, могу се користити две врсте база. Као базе се користе различите поларизације једног фотона. Да бисмо поједноставили радњу, назовимо ове базе беле и жуте базе. Шта то значи: Са белим и жутим, можемо да шифрујемо и вредност 0 и вредност 1. Ако користимо жуту основу, онда је поларизација фотона дијагонална и он ће сачувати вредност 0; ако на улаз добијемо 1, онда се користи антидијагонална поларизација, па, према томе, уз њену помоћ преносимо 1. Ако се користи бела основа, онда се стање 0 преноси уз помоћ хоризонталне поларизације, а 1 уз помоћ вертикалне поларизације Шпијун бира ове базе произвољно: ни он, ни било ко други, не зна коју ће изабрати. Добијени фотони са одређеном поларизацијом се преносе у генерални штаб, који такође има ове базе: уз њихову помоћ тамо се мери резултујући квантни бит. Генералштаб не зна које базе је користио совјетски шпијун, па су насумично бирали ове базе. Али, са становишта теорије вероватноће, у половини случајева ће погодити ове основе. И, стога, у отприлике половини случајева коришћене базе - и примљени и пренети класични битови - ће се поклопити. Затим, Генералштаб преноси базе које је користио, а шпијун, заузврат, извештава на којим позицијама је дошло до меча. Низ који је добијен из стиснутих стања постаје кључ. Односно, ако шпијун пошаље 1.000 битова класичних информација, онда ће на крају кључ бити око 500 карактера, односно 500 битова.
Постоји и трећа особа, измишљени Милер, чији је циљ да прислушкује процес размене кључева.Како то ради?Претпоставимо да зна и све оне базе које користе шпијун и генералштаб. Стоји у средини и почиње да прихвата појединачне кубите са својим основама. Ни он не зна које је базе користио совјетски шпијун и произвољно бира између жуте и беле базе. У 50% случајева претпоставља. Сходно томе, 50% кубита ће отићи у истом стању у којем су примљени. Међутим, око 50% ће отићи у промењеном стању. Као резултат тога, кад примају ове кубите, генералштаб ће примати управо она стања која су послата само у четвртини случајева, у принципу ће то бити сигнал да их неко прислушкује. Ако их нико није чуо, онда би се 50% њихових кључева подударало. Међутим, ако их неко прислушкује, само четвртину времена кључеви ће се подударати. Према томе, први проблем који смо с вама изразили је како тачно генерисати кључ како нико не би прислушкивао на овај начин. Чим сазнају да их неко прислушкује, могу да промене канал комуникације. То јест, да изаберете други квантни канал. Други проблем: како тачно разменити кључ тако да нико не може да га пресретне, у овом случају је решен сам по себи, будући да у овом случају нема проблема са разменом кључа.
Када ће се појавити прави квантни рачунари?
У овом тренутку, квантни рачунари већ постоје и чак се практично користе индустријски.У ствари, то су рачунари који на неки начиннајмање коришћење квантних ефеката. Ови рачунари решавају ограничен опсег проблема и углавном се користе за решавање неких проблема оптимизације. На пример, компанија д-ваве је један од програмера скоро квантних рачунара. Међу клијентима ове компаније су гиганти попут Гугла, а неколико произвођача аутомобила такође користи скоро квантне рачунаре.
До данас је већ познато неколико развоја који се спроводе у стварању правих квантних рачунара.Развијен је буквално пре годину данаекспериментални модел квантног рачунара који ради са два кубита. Ови квантни рачунари такође нису погодни за решавање стварних проблема, али је важно напоменути да њихов рад добро показује рад принципа на којима су квантни рачунари теоријски засновани.
У 2019. представљен је квантни рачунар који се састоји од 20 кубита и ради са њима.Овај рачунар се користи искључиво задемонстрирајући да принципи квантног рачунарства раде. Ово се може упоредити са два мегабајта, на пример, РАМ-а у савременом свету, односно, у принципу, није ништа.
Сада постоје хипотезе да су квантна запетљаност и феномен црвоточина један те исти феномен.Штавише, саме црвоточине су заснованео таквој појави као што је квантно преплитање. Ово сугерише да ће у будућности, као опција, бити могуће стварати црвоточине већ вештачки. То јест, заплетање неких квантних битова једни с другима.
Како мерити квантни бит
Постоје три гледишта о мерењу квантног бита.Први поглед је теорија Копенхагена,класичан поглед на процес мерења. Каже да уз помоћ мерења ми, примајући одређени класични резултат, утичемо на измерени кубит. Ако разматрамо у контексту електрона, онда је мерење електрона представљено у облику одређеног таласа - то јест, то је одређена таласна функција. Али мерење доводи до чињенице да се дата таласна функција урушава, а ми већ имамо посла са честицом. Важно је поменути Хајзенбергову несигурност која каже: да не можемо знати за таласну функцију и локацију електрона у исто време. То јест, ако меримо електрон, изгубићемо карактеристике таласне функције. Насупрот томе, познавајући карактеристике таласне функције, не можемо одредити локацију електрона.
Други став је теорија Давида Бохма, која каже да једноставно немамо све податке о систему, али у стварности и пре мерења, и после мерења, таласна функција нигде не нестаје.Једноставно постоје неки скривени параметри које мине знамо. А знајући ове додатне карактеристике, можемо утврдити и тачну локацију електрона и карактеристике таласних функција. Ово се може упоредити са бацањем обичног новчића. Ако то посматрамо са класичне тачке гледишта, бацање новчића се сматра случајним процесом, односно резултат се не може предвидети. Међутим, са становишта физике, можемо тачно одредити, знајући неке додатне карактеристике, на коју страну ће новчић пасти. На пример, почетна сила удара или сила отпора ваздуха и тако даље.
И трећи начин посматрања процеса мерења је теорија више светова.Ову теорију је изразио Хугх Еверетт.Каже да при мерењу долази до својеврсног цепања физичког света. Ипостас коју посматрамо, локација електрона, стварна је само у нашем свету. Паралелно, стварају се и други светови у којима је још једна ипостас електрона стварна. Развијајући Евереттову теорију, један од твораца квантног рачунарства једном је рекао да је, дакле, сам Универзум нека врста квантног рачунара и врши прорачуне.
Разлог за настанак пост-квантне криптографије био је теоријски квантни алгоритам који вам омогућава да разбијете постојеће системе шифровања.Једна од њих је основа за безбедност многихИнтернет банкарство, као и основа за шифровање веб странице. Претпоставимо да постоји совјетски шпијун чији је циљ да пренесе информације у Генералштаб, а постоји и трећа страна која може све ово да прислушкује. Раније смо посматрали шифровање помоћу једног кључа, али у овом конкретном случају је предложен другачији метод. Постоји РСА протокол чија је намена следећа: генеришу се два кључа – јавни и приватни; Приватни кључ се користи за дешифровање примљене поруке, а јавни кључ за шифровање. Овај протокол вам омогућава да имплементирате овај алгоритам, односно креирате јавне и приватне кључеве.
Крајем 20. века Петер Схор је предложио нови алгоритам за разбијање језгра РСА алгоритма.Овај алгоритам је потпуно квантни, и,стога ће појава стварно функционалног квантног рачунара омогућити хаковање савремених безбедносних система. Као резултат тога, појавила се нова наука која тражи нове алгоритме како би методе шифровања учиниле отпорним на пуцање квантног рачунара.
Погледајте и:
Створена је прва тачна мапа света. Шта није у реду са свима осталима?
Климатске промене помериле су осу Земље
НАСА је рекла како ће испоручити узорке Марса на Земљу