Kuantum Mekaniği Teknoloji Endüstrisini Nasıl Değiştirecek

Richard Feynman bir zamanlar, “Kuantum mekaniğini anladığınızı düşünüyorsanız, o zaman kuantum mekaniğini anlamıyorsunuz” demişti. Bu doğru olabilir, ancak bunu denemememiz gerektiği anlamına gelmez. Sonuçta, içgüdüsel merakımız olmadan nerede olurduk?

Bilinenin gücünü anlamak için, kuantum fiziğinin arkasındaki iki temel kavramı çözeceğiz. Bunlar oldukça soyut kavramlar, ancak bu bizim için iyi haber, çünkü Nobel ödüllü bir teorik fizikçi olmanıza gerek yok, neler olduğu hakkında bir fikir edinmek için. Peki, neler oluyor? Hadisi bulalım.

Temelleri Oluşturmak

Bir düşünce deneyi ile başlayacağız. Avusturya’lı fizikçi Erwin Schrödinger (SDGR ), size bir kedi içeren kapalı bir kutu hayal etmenizi istiyor. Şimdilik iyi gidiyoruz. Şimdi kutu içine ölümcül bir madde içeren bir ampul yerleştirildiğini hayal edin. Kediye ne oldu? Kesin olarak bilemeyiz. Gözlemlenene kadar, yani kutuyu açana kadar, kedi hem ölü hem de diri, ya da daha bilimsel bir ifadeyle, bir süperpozisyon durumunda. Bu ünlü düşünce deneyi, Schrödinger’in kedi paradoksunun mükemmel bir şekilde açıklamasını yapıyor ve kuantum mekaniğinin iki temel fenomeninden birini açıklıyor.

Süperpozisyon, bir parçacığın, bizim sevgili kedi gibi, ölçülme anına kadar tüm olası durumlarında var olduğunu söyler. Parçacığı “gözlemlemek” hemen kuantum özelliklerini yok eder ve voilà, klasik mekanik kurallarına göre yönetilir.

Şimdi, işler daha da karmaşıklaşacak, ancak cesaretinizi kaybetmeyin – hatta Einstein bile bu fikirle geri çekildi. “Uzaktaki tuhaf eylem” olarak tanımlanan, bir parçacık çifti arasındaki bağlantı, yani onların paylaştıkları durum (veya süperpozisyon durumunda değilse) ile sonuçlanan fiziksel bir etkileşimdir.

Kuantum bağlantısı, bir kuantum bağlantılı parçacığın durumundaki bir değişikliğin, kalan parçacığın durumundaki hemen bir tepkiyi tetiklediğini söyler. Şeyleri perspektife koymak için, iki kuantum bağlantılı madeni para havaya atalım. Sonrasında, sonucu gözlemleyelim. İlk madeni para baş üstü mü düştü? O zaman kalan madeni paranın ölçümü kuyruk olmalıdır. Diğer bir değişle,观測 edildiğinde, kuantum bağlantılı parçacıklar birbirlerinin ölçümlerini karşılar. Korkmanıza gerek yok, ancak – kuantum bağlantısı henüz çok yaygın değil. Henüz değil, yani.

Muhtemel Kahraman

“Bu bilgiyi kullanamıyorsam, ne anlamı var?” diyebilirsiniz. Her ne olursa olsun, kuantum bilgisayar cevabı biliyor. Dijital bir bilgisayarda, sistem işlem gücünü artırmak için bitlere ihtiyaç duyar. Yani, işlem gücünü ikiye katlamak için, sadece bit sayısını ikiye katlarsınız – bu, kuantum bilgisayarlar için hiç de öyle değil.

Bir kuantum bilgisayarı, temel kuantum bilgi birimi olan kuantum bitlerini (qubit) kullanarak, dünyanın en güçlü süper bilgisayarlarını bile geride bırakan işlem kapasitesi sağlar. Nasıl? Süperpoze qubitler, aynı anda birden fazla olası sonucu (veya durumu) ele alabilir. Karşılaştırıldığında, bir dijital bilgisayar sadece bir hesaplamayı aynı anda gerçekleştirebilir. Ayrıca, kuantum bağlantısı sayesinde, bir kuantum bilgisayarının gücünü, geleneksel bir makinedeki bitlerin verimliliğine kıyasla üssel olarak artırabiliriz. Ölçeği görselleştirmek için, her qubitin sağladığı işlem gücünü düşünün ve şimdi bunu ikiye katlayın.

Hiçbir Şey Mükemmel Değil

Ancak bir sorun var – en küçük titreşimler ve sıcaklık değişiklikleri, bilim adamlarının “gürültü” dediği şey, kuantum özelliklerinin bozulmasına ve sonunda tamamen kaybolmasına neden olabilir. Gerçekte bunu gözlemleyemezsiniz, ancak yaşayacağınız şey, bir hesaplama hatası olacaktır. Kuantum özelliklerinin bozulması, kuantum mekaniğine dayanan teknolojinin en büyük engelidir.

İdeal bir senaryoda, bir kuantum işlemci completely surroundingsından soyutlanmıştır. Bunu yapmak için, bilim adamları özel buzdolapları, yani kriyojenik soğutucular kullanır. Bu kriyojenik soğutucular, uzaydaki yıldızlardan daha soğuktur ve kuantum işlemcimizin neredeyse hiç direnç olmadan elektrik iletebilmesini sağlar. Bu, süper iletken bir durum olarak bilinir ve kuantum bilgisayarlarını çok verimli kılar. Sonuç olarak, kuantum işlemcimiz, bir dijital işlemcinin kullanacağı enerjiyi sadece bir kısmı kullanır ve aynı zamanda çok daha az ısı üretir. İdeal bir senaryoda, yani.

Yeni Bir Dünya Dolayı Olanaklıklar

Hava tahmini, finansal ve moleküler modelleme, parçacık fiziği… kuantum hesaplamasının uygulama olanakları hem büyük hem de zengin.

Henüz en büyüleyici olasılıklardan biri, belki de kuantum yapay zekasıdır. Bu, kuantum sistemlerinin birçok olası seçeneğin olasılıklarını hesaplamada excelledığı için. Bu sistemlerin, bugün piyasada bulunan yazılımlara sürekli geri bildirim sağlama yeteneği eşsizdir. Tahmini etki, ölçülemez ve endüstriler ve alanlar boyunca uzanıyor – otomotiv endüstrisindeki AIden tıbbi araştırmalara kadar. Lockheed Martin (LMT ), Amerikan havacılık devi, kuantum bilgisayarının faydalarını erken gerçekleştirdi ve already autopilot yazılımı testi için kullanıyor. Not alın.

Kuantum mekaniğinin ilkeleri ayrıca siber güvenlikteki sorunları ele almak için kullanılıyor. RSA (Rivest-Shamir-Adleman) şifreleme, dünyanın en çok kullanılan şifreleme yöntemlerinden biri, büyük asal sayıların faktörleme zorluğuna dayanır. Bu, geleneksel bilgisayarlar için geçerli olabilir, ancak kuantum bilgisayarlar, birçok sonucu aynı anda hesaplayabilme yeteneği sayesinde bu şifrelemeleri kolayca kırabilir.

Teorik olarak, Kuantum Anahtar Dağıtımı süperpozisyon tabanlı bir şifreleme sistemi ile bunu çözer. Hassas bilgileri bir arkadaşınıza iletmeye çalıştığınızı hayal edin. Bunu yapmak için, qubitleri kullanarak bir şifreleme anahtarı oluşturursunuz ve bu anahtarı alıcıya optik bir kablo üzerinden gönderirsiniz. Şifrelenmiş qubitlerin üçüncü bir tarafça观測 edildiği takdirde, hem siz hem de arkadaşınız bu işlemin beklenmedik bir hatası ile bilgilendirilirsiniz. Ancak Kuantum Anahtar Dağıtımı’nın faydalarını en üst düzeye çıkarmak için, şifreleme anahtarlarının her zaman kuantum özelliklerini koruması gerekir. Kolay değil.

Düşünmek İçin Yiyecek

Bununla bitmiyor. Dünyanın dört bir yanındaki en parlak zihinler, sürekli olarak kuantum bağlantısını kuantum iletişimi için bir yöntem olarak kullanmaya çalışıyor. Şimdiye kadar, Çinli araştırmacılar, Micius uydusu aracılığıyla 745 mil uzaklığa entangled foton çiftlerini başarıyla iletebildiler. Bu, iyi haber. Kötü haber ise, saniyede 6 milyonluk entangled fotonlardan sadece biri yolculuğu atlattı (dekoherans teşekkür). Bununla birlikte, bu deney, gelecekte kuantum ağlarını güvence altına almak için kullanabileceğimiz altyapının bir örneğini gösteriyor.

Kuantum yarışında, Hollanda’nın Delft Teknoloji Üniversitesi’ndeki bir araştırma merkezi olan QuTech’ten recent bir önemli bir ilerleme kaydedildi – onların kuantum sistemi, mutlak sıfırın (-273 derece Celsius) bir derece üzerinde bir sıcaklıkta çalışıyor.

Bu başarılar size ve bana göre önemsiz görünse de, gerçekte, deneme yanılma, böyle Radikal araştırmalar, bizi yarının teknolojisinin bir adım daha yakına getiriyor. Ancak, değişmeyen tek şey, kuantum mekaniğinin gücünü başarılı bir şekilde kullanmayı başaranların, dünyanın geri kalanına karşı üstünlüğe sahip olacağı gerçeğidir. Onu nasıl kullanacaklarını düşünüyorsunuz?