Informatyka Kwantowa - Wiktoria Romańczuk

Start

Informatyka kwantowa

Wiktoria Romańczuk

Indeks

Bezpieczeństwo

Symulacja

Bramki

Eksperyment

Komputery

Kubity

Cytat

Zjawiska

Obliczenia

Wprowadzenie

Algorytmy

Multiwersum

wprowadzenie

Zacznijmy może od początku, a więc od tego czym jest informatyka kwantowa:

• jest to nauka interdyscyplinarna, czyli taka, która łączy wiele dziedzin nauk, a dokładniej badania informatyki i efekty kwantowe z fizyki;
• skupia się na zagadnieniach teoretycznych w modelach obliczeniowych;
• obejmuje bardziej eksperymentalne tematy w fizyce kwantowej;
• określa, co można, a czego nie można zrobić za pomocą informacji kwantowej.

+ info

wprowadzenie- postulaty

1. Stan kwantowego układu mechanicznego jest określony przez funkcję fali, opisaną przez wektory jednostek w oddzielnych złożonych przestrzeniach Hilberta.
2. Prawdopodobieństwo znalezienia cząstki w danym punkcie jest wprost proporcjonalne do wielkości funkcji falowej cząstki (znajdującej się w tym punkcie) do kwadratu. Funkcja fal zamienia się w jeden stan natychmiast po pomiarze.
3. Operacje kwantowe są reprezentowane przez jednolitych operatorów w przestrzeni Hilberta

+ info

• Krótko mówiąc jest to obszar badań skoncentrowany na rozwoju technologii komputerowej, która z kolei jest oparta na zasadach teorii kwantowej.
• W obliczeniach wykorzystuje się zjawiska kwantowe (superpozycja i splątanie)
• Urządzenia, które je wykonują to komputery kwantowe
• Badanie obliczeń kwantowych jest podpolem kwantowej informatyki.

obliczenia kwantowe

Kubity

+ info

Ogólnie rzecz biorąc, kubit jest matematycznie reprezentowany jako stan kwantowy postaci | ψ⟩=|α 0⟩+Β| 1⟩, na podstawie {| 0⟩,| 1⟩}

Kot Schrödingera

+ info

Tutaj wewnątrz zamkniętego pudełka znajduje się kot, kolba trucizny i źródło radioaktywne. Monitor wewnętrzny jest również używany do wykrywania radioaktywności. Po wykryciu radioaktywności kolba uwalnia truciznę, zabijając kota.

bramki kwantowe

Brama Hadamarda, w przeciwieństwie do Bramy Pauli, ma cechy kwantowe, które są w stanie przekształcić określony stan kwantowy w superpozycję stanów, ponieważ pomiar ma równe prawdopodobieństwo: 0 lub 1.

Matryce Pauli są najczęściej używane do obliczania zmian w spinie pojedynczego elektronu. Matryce są na ogół proste, ponieważ Pauli Gates działa tylko na jednym kubicie na raz, prowadząc do 2 na 2 matryce z tylko 4 elementami.

Bramki kwantowe są analogiczne do zwykłych bramek logicznych (podstawowych bloków konstrukcyjnych obwodów), ale muszą być transformacjami jednostkowymi.

Info

bramy odwracalne

Istnieją dwie główne bramki (FREDKIN/TOFFOLI) używane do klasycznego przetwarzania odwracalnego, najmniejsza z tych bramek o charakterystyce odwracalnej i uniwersalnej wymaga trzech wejść i trzech wyjść.

BRAMA SWAP jest 2-wejściową bramą 2-wyjściową. Wyrażona w podstawach brama SWAP zamienia stan dwóch kubitów zaangażowanych w operację.

Kontrolowana brama nie-brama lub CNOT działa na 2 kubity. Jego rolą jest przerzucenie wartości bitowej drugiego bitu tylko wtedy, gdy pierwszy bit jest ustawiony na 1.

algorytmy kwantowe

Algorytm Shora

Algorytm Bernsteina-Vaziraniego

Algorytm Simona

Algorytm Deutscha-Jozsy

superpozycja

splątanie

+ info

+ info

zjawiska kwantowe

+ info

teleportacja

Naukowcom z University of Science and Technology of China, znajdującego sięw Szanghaju, udało się teleportować kwantowo foton na odległość prawe100 km. Teleportacja kwantowa, której dokonali, nie jest jednak tym, co powszechnie uważa się za teleportację. Nie polega ona na jednoczesnym rozpadnięciu się obiektu na pojedyncze cząsteczki oraz odtworzeniu go w innym miejscu, lecz na przeniesieniu informacji pomiędzy dwoma splątanymi ze sobą elementami.

supermacja kwantowa

Komputery kwantowe nie będą szybsze niż komputery cyfrowe do wszystkiego. Wiemy, że będą one dobre w faktoryzacji dużej liczby (co jest złą wiadomością dla bezpieczeństwa online) i symulowania niektórych systemów fizycznych, takich jak złożone cząsteczki (co jest dobrą wiadomością dla badań medycznych). Ale w wielu przypadkach nie będą mieli żadnej przewagi, a naukowcy wciąż pracują dokładnie, jakie obliczenia mogą przyspieszyć i o ile.

Supremacja kwantowa była nazwą nadaną hipotetycznemu punktowi, w którym komputer kwantowy mógł wykonać obliczenia, których żaden nie wyobrażalny komputer cyfrowy nie mógłby wykonać w rozsądnym czasie.

komputery kwantowe

Mechanika kwantowa sugeruje, że pozornie pusta przestrzeń jest rzeczywiście wypełniona upiornymi cząstkami, które zmieniają się i nie istnieją. A teraz naukowcy po raz pierwszy stworzyli zaawansowaną maszynę znaną jako komputer kwantowy symulując te tak zwane cząstki wirtualne.

Sztuczka w obsłudze komputera kwantowego polega na ustaleniu, jak utrzymać splątanie i superpozycję wielu obiektów kwantowych wystarczająco długo, aby zrobić coś interesującego. Jeśli możemy to zrobić, starannie zaaranżowana seria operacji może stworzyć właściwe interakcje między kubitami.

+ info

wykorzystanie

symulacja kwantowa

Symulacja kwantowa to nic innego jak pojektowanie nowych materiałów i wyjaśnienie złożonej fizyki poprzez dokładne symulacje chemii i modeli materii skondensowanej. Należą do najbardziej obiecujących zastosowań obliczeń kwantowych. Techniki łagodzenia błędów pracują nad opracowaniem metod na drodze do pełnej korekcji błędów kwantowych, które mają zdolność radykalnego zmniejszenia hałasu w obecnych urządzeniach.

Mechanika kwantowa sugeruje, że wszechświat jest rozmytym, surrealistycznym miejscem na najmniejszych poziomach. Na przykład atomy i inne cząstki mogą istnieć w stanach strumienia znanych jako superpozycje, gdzie pozornie każdy spin występuje w przeciwnych kierunkach jednocześnie, a także mogą się uwikłać - co oznacza, że mogą wpływać na siebie natychmiast, bez względu na to, jak daleko od siebie są oddzielone.

Symulacja początku wszechświata

+ info

Zgodnie z fizyką kwantową, mamy do czynienia z czymś, co nazywamy Multiwersum, gdzie problem może mieć wiele lub nieskończenie wiele prawdopodobnych rozwiązań. Na przykład, tą prezentację można teraz przeglądać na laptopie. W innym wszechświecie ta sama prezentacja może być pzredstawiana na przykład na tablecie w zupełnie innym miejscu, np. pociągu.

Multiwersum

+ info

"Istnieje wiele powodów, aby sądzić, że komputery kwantowe będą dobre w rozwiązywaniu problemów optymalizacyjnych. Po pierwsze, natura wydaje się nie mieć z nimi problemów. Rośliny rozwiązują je cały czas, gdy zamieniają światło słoneczne w energię za pomocą fotosyntezy."

+ info

Według sondażu przeprowadzonego przez czytelników Physics World z 2002 roku, „najpiękniejszym eksperymentem” w fizyce jest taki, który w prosty i elegancki sposób pokazuje, jak obserwacja wpływa na układy kwantowe: eksperyment z podwójną szczeliną. Podwójna szczelina odsuwa na bok przyczynowość, determinizm i pogląd, że rzeczywistość jest „tam”, ponieważ zaciera granicę między obserwatorem a obserwowanym systemem.

eksperyment

+ info

Planowanie bezpieczeństwa kwantowego: Obecne protokoły szyfrowania danych są wrażliwe nie tylko na przyszłe komputery kwantowe, ale także na coraz potężniejsze komputery klasyczne. Nowe standardy szyfrowania (zarówno klasycznego, jak i kwantowego) są nieuniknione. Przejście na bezpieczną architekturę kwantową i infrastrukturę wspierającą bezpieczeństwo danych będzie wymagało planowania, zasobów i wiedzy kwantowej. Nawet jeśli komputery kwantowe mogą pojawić się dopiero za dekadę, czekanie z dostosowaniem się do tego czasu byłoby zbyt późne. Czas na rozpoczęcie tego procesu jest już teraz.

bezpieczeńtwwo kwantowe

https://www.nextbigfuture.com/2008/08/quantum-computer-algorithm-review.html

https://quantumatlas.umd.eduhttps://www.codeproject.com/Articles/1182207/Quantum-Computing-for-Everyone-Part-II-Quantum-Gathttps://quantumcomputing.stackexchange.com/

https://towardsdatascience.com/quantum-computing-and-ai-789fc9c28c5b

https://pl.pinterest.comhttps://pl.wikipedia.org

Bibliografia

https://qiskit.org/learn/https://www.quantum-inspire.com

Koniec