குவாண்டம் பிட்கள்: சூப்பர்பொசிஷன் மற்றும் என்டாங்கிள்மென்ட் அதிசயங்களில் ஒரு ஆழமான பார்வை

நாம் ஒரு புதிய கணினி யுகத்தின் விளிம்பில் நிற்கிறோம். பல தசாப்தங்களாக, மூரின் விதி விவரித்தபடி, கிளாசிக்கல் கம்ப்யூட்டிங்கின் இடைவிடாத முன்னேற்றம், புதுமைகளை ஊக்குவித்து நமது உலகை மாற்றியமைத்துள்ளது. ஆனால் நாம் சிலிக்கான் டிரான்சிஸ்டர்களின் இயற்பியல் வரம்புகளை நெருங்கும் வேளையில், குவாண்டம் மெக்கானிக்ஸின் விசித்திரமான மற்றும் அற்புதமான களத்திலிருந்து ஒரு புதிய முன்னுதாரணம் உருவாகி வருகிறது. இது குவாண்டம் கம்ப்யூட்டிங்கின் உலகம்—இன்று நம்மிடம் உள்ளவற்றின் வேகமான பதிப்பு மட்டுமல்ல, தகவல்களைச் செயலாக்குவதற்கான முற்றிலும் மாறுபட்ட ஒரு வழிமுறை.

இந்த புரட்சியின் மையத்தில் குவாண்டம் பிட் அல்லது குயூபிட் உள்ளது. அதன் கிளாசிக்கல் எண்ணுக்கு மாறாக, குயூபிட் குவாண்டம் உலகின் உள்ளுணர்வுக்கு மாறான விதிகளின்படி செயல்படுகிறது, முக்கியமாக இரண்டு அசாதாரண நிகழ்வுகளின் மூலம்: சூப்பர்பொசிஷன் மற்றும் என்டாங்கிள்மென்ட். இந்தக் கருத்துக்களைப் புரிந்துகொள்வதே குவாண்டம் கணக்கீட்டின் மகத்தான திறனைத் திறப்பதற்கான திறவுகோலாகும். இந்தக் கட்டுரை இந்த முக்கியக் கொள்கைகளின் மூலம் உங்களுக்கு வழிகாட்டி, அடுத்த தொழில்நுட்ப எல்லையின் அடிப்படைகளை விளக்கும்.

கிளாசிக்கல் பிட்களிலிருந்து குவாண்டம் பிட்களுக்கு: ஒரு முன்னுதாரண மாற்றம்

குயூபிட்கள் பிரதிநிதித்துவப்படுத்தும் பாய்ச்சலைப் பாராட்ட, நாம் முதலில் கிளாசிக்கல் கம்ப்யூட்டிங்கின் பழக்கமான தளத்தில் நம்மை நிலைநிறுத்திக் கொள்ள வேண்டும்.

கிளாசிக்கல் பிட்டின் நிச்சயம்

ஸ்மார்ட்போன்கள் முதல் சூப்பர் கம்ப்யூட்டர்கள் வரை நாம் அறிந்த முழு டிஜிட்டல் உலகமும் கிளாசிக்கல் பிட்டின் மீது கட்டமைக்கப்பட்டுள்ளது. ஒரு பிட் என்பது தகவலின் மிக அடிப்படையான அலகு, இது இரண்டு சாத்தியமான நிலைகளைக் கொண்ட ஒரு எளிய சுவிட்ச்: 0 அல்லது 1. இது ஒரு பைனரி, நிர்ணயிக்கப்பட்ட அமைப்பு. இயற்பியல் ரீதியாக, ஒரு பிட்டை உயர் அல்லது குறைந்த மின் மின்னழுத்தம், வடக்கு அல்லது தெற்கு காந்த துருவமுனைப்பு, அல்லது திரையில் ஒளிரும் அல்லது ஒளிராத பிக்சல் மூலம் குறிப்பிடலாம். அதன் நிலை எப்போதும் திட்டவட்டமானது மற்றும் அறியக்கூடியது. ஒரு சுவிட்ச் ஆன் அல்லது ஆஃப் ஆக இருக்கும்; இடையில் எதுவும் இல்லை. இந்த பைனரி நிச்சயம் அரை நூற்றாண்டுக்கும் மேலாக கணினியின் அடித்தளமாக இருந்து வருகிறது.

குயூபிட்டை அறிமுகப்படுத்துதல்: குவாண்டம் கணினியின் இதயம்

குயூபிட், "குவாண்டம் பிட்" என்பதன் சுருக்கம், இந்த பைனரி கட்டுப்பாட்டைத் தகர்க்கிறது. ஒரு குயூபிட் என்பது இரண்டு அடிப்படை நிலைகளைக் கொண்ட ஒரு குவாண்டம் அமைப்பாகும், அதை நாம் |0⟩ மற்றும் |1⟩ என குறிப்பிடுகிறோம் (குவாண்டம் மெக்கானிக்ஸில் "கெட்" குறியீடு |⟩ ஒரு குவாண்டம் நிலையைக் குறிக்க நிலையானது). இருப்பினும், சூப்பர்பொசிஷன் கொள்கைக்கு நன்றி, ஒரு குயூபிட் 0 அல்லது 1 ஆக மட்டுமல்லாமல், ஒரே நேரத்தில் இரண்டு நிலைகளின் கலவையாகவும் இருக்க முடியும்.

இதை ஒரு எளிய சுவிட்ச் ஆக நினைக்காதீர்கள், மாறாக முழுமையாக அணைக்கப்பட்டதற்கும் முழுமையாக ஆன் செய்யப்பட்டதற்கும் இடையில் எந்த நிலையிலும் அமைக்கக்கூடிய ஒரு டிம்மர் டயல் ஆக நினையுங்கள், இது 0 ஆக இருப்பதற்கான நிகழ்தகவையும் 1 ஆக இருப்பதற்கான நிகழ்தகவையும் குறிக்கிறது. ஒரு தொடர்ச்சியான நிலைகளில் இருக்கக்கூடிய இந்த திறனே குயூபிட்டிற்கு அதன் சக்தியைக் கொடுக்கிறது.

ஒரு குயூபிட்டை இயற்பியல் ரீதியாக உணர்ந்து கொள்வது ஒரு மாபெரும் அறிவியல் சவாலாகும். உலகெங்கிலும் உள்ள ஆராய்ச்சி ஆய்வகங்கள் மற்றும் தொழில்நுட்ப நிறுவனங்கள் இந்த பலவீனமான குவாண்டம் அமைப்புகளை உருவாக்கவும் கட்டுப்படுத்தவும் பல்வேறு முறைகளை ஆராய்ந்து வருகின்றன, அவற்றுள் சில:

• மீக்கடத்தி சுற்றுகள்: ஆழமான விண்வெளியை விட குளிரான வெப்பநிலைக்கு குளிர்விக்கப்பட்ட மீக்கடத்தி உலோகத்தின் சிறிய சுற்றுகள், இங்கு மின்சார ஓட்டங்கள் நிலைகளின் சூப்பர்பொசிஷனில் இருக்க முடியும்.
• சிக்கவைக்கப்பட்ட அயனிகள்: மின்சாரம் ஏற்றப்பட்ட (அயனிகள்) மற்றும் மின்காந்த புலங்களால் இடத்தில் வைக்கப்பட்டுள்ள தனிப்பட்ட அணுக்கள். அவற்றின் உள் ஆற்றல் நிலைகள் 0 மற்றும் 1 நிலைகளாக செயல்படுகின்றன.
• போட்டான்கள்: ஒளியின் தனிப்பட்ட துகள்கள், இங்கு துருவமுனைப்பு (ஒளி அலையின் திசை) போன்ற பண்புகள் குயூபிட் நிலைகளைக் குறிக்கப் பயன்படுத்தப்படலாம்.
• சிலிக்கான் குவாண்டம் டாட்கள்: ஒரு சிறிய சிலிக்கான் துண்டில் ஒரு எலக்ட்ரானைப் பிடிப்பதன் மூலம் உருவாக்கப்பட்ட செயற்கை "அணுக்கள்".

ஒவ்வொரு அணுகுமுறைக்கும் அதன் சொந்த பலங்களும் பலவீனங்களும் உள்ளன, ஆனால் அனைத்தும் பொருள் மற்றும் ஆற்றலின் குவாண்டம் பண்புகளைக் கணக்கிடுவதற்குப் பயன்படுத்துவதே பொதுவான இலக்காகும்.

சூப்பர்பொசிஷன்: "மற்றும்" என்பதன் சக்தி

சூப்பர்பொசிஷன் என்பது குவாண்டம் மெக்கானிக்ஸில் மிகவும் பிரபலமான கருத்து என்று வாதிடலாம், மேலும் இது குயூபிட்டின் சக்திக்கான முதல் திறவுகோலாகும்.

சூப்பர்பொசிஷன் என்றால் என்ன? பைனரிக்கு அப்பால்

கிளாசிக்கல் உலகில், ஒரு பொருள் ஒரே நேரத்தில் ஒரு இடத்தில் அல்லது ஒரு நிலையில் மட்டுமே இருக்க முடியும். ஒரு மேசையில் உள்ள நாணயம் தலை அல்லது பூவாக இருக்கும். குவாண்டம் உலகில், இது அப்படி இல்லை. சூப்பர்பொசிஷன் ஒரு குவாண்டம் அமைப்பை, குயூபிட் போல, ஒரே நேரத்தில் பல நிலைகளில் இருக்க அனுமதிக்கிறது.

ஒரு பொதுவான ஒப்புமை சுழலும் நாணயம். அது காற்றில் வேகமாக சுழலும்போது, அது நிச்சயமாக தலை அல்லது பூ அல்ல - ஒரு வகையில், அது இரண்டுமே. அது தரையிறங்கி நாம் அதை கவனிக்கும்போது ("அளவீடு" செய்யும் செயல்) மட்டுமே அது ஒரு ஒற்றை, திட்டவட்டமான விளைவாக உடைகிறது: ஒன்று தலை அல்லது பூ. இதேபோல், ஒரு குயூபிட் |0⟩ மற்றும் |1⟩ ஆகியவற்றின் சூப்பர்பொசிஷனில் உள்ளது. நாம் குயூபிட்டை அளவிடும்போது, அதன் சூப்பர்பொசிஷன் உடைந்து, அது ஒரு கிளாசிக்கல் முடிவை அளிக்கிறது - ஒன்று 0 அல்லது 1 - அளவீட்டிற்கு சற்று முன் அதன் குவாண்டம் நிலையால் தீர்மானிக்கப்பட்ட ஒரு குறிப்பிட்ட நிகழ்தகவுடன்.

இது குயூபிட்டின் நிலையைப் பற்றிய அறிவின்மை மட்டுமல்ல; குயூபிட் அளவிடப்படும் தருணம் வரை உண்மையாகவே இரண்டு நிலைகளிலும் உள்ளது.

குவாண்டம் நிலையை காட்சிப்படுத்துதல்: ப்ளாச் கோளம்

இதை காட்சிப்படுத்த உதவ, விஞ்ஞானிகள் ப்ளாச் கோளம் என்ற கருத்தியல் கருவியைப் பயன்படுத்துகின்றனர். ஒரு பூகோளத்தை கற்பனை செய்து பாருங்கள். வட துருவம் திட்டவட்டமான நிலை |1⟩-ஐக் குறிக்கிறது, மற்றும் தென் துருவம் திட்டவட்டமான நிலை |0⟩-ஐக் குறிக்கிறது. ஒரு கிளாசிக்கல் பிட் இந்த இரண்டு துருவங்களில் ஒன்றில் மட்டுமே இருக்க முடியும்.

இருப்பினும், ஒரு குயூபிட், இந்த கோளத்தின் மேற்பரப்பில் உள்ள எந்தவொரு புள்ளியையும் சுட்டிக்காட்டும் ஒரு வெக்டாரால் குறிப்பிடப்படலாம். வட துருவத்திற்கு அருகிலுள்ள ஒரு புள்ளி, அளவிடும்போது குயூபிட் 1 ஆக உடையும் அதிக நிகழ்தகவைக் கொண்டுள்ளது என்பதைக் குறிக்கிறது. தென் துருவத்திற்கு அருகிலுள்ள ஒரு புள்ளி, அது 0 ஆக இருக்க வாய்ப்புள்ளது என்பதைக் குறிக்கிறது. பூமத்திய ரேகையில் உள்ள ஒரு புள்ளி |0⟩ மற்றும் |1⟩-ன் சரியான 50/50 சூப்பர்பொசிஷனைக் குறிக்கிறது. ப்ளாச் கோளம் ஒரு ஒற்றை குயூபிட் வாழக்கூடிய எண்ணற்ற சாத்தியமான சூப்பர்பொசிஷன் நிலைகளை நேர்த்தியாக விளக்குகிறது, இது ஒரு கிளாசிக்கல் பிட்டின் இரண்டு நிலைகளுக்கு முற்றிலும் மாறுபட்டது.

சூப்பர்பொசிஷனின் கணினி நன்மை

நாம் பல குயூபிட்களைக் கருத்தில் கொள்ளும்போது சூப்பர்பொசிஷனின் உண்மையான சக்தி தெளிவாகிறது. ஒரு கிளாசிக்கல் பிட் ஒரு மதிப்பை (0 அல்லது 1) சேமிக்க முடியும். இரண்டு கிளாசிக்கல் பிட்கள் நான்கு சாத்தியமான சேர்க்கைகளில் ஒன்றை (00, 01, 10, அல்லது 11) சேமிக்க முடியும். N கிளாசிக்கல் பிட்கள் எந்த நேரத்திலும் 2^N சாத்தியமான சேர்க்கைகளில் ஒன்றை மட்டுமே சேமிக்க முடியும்.

இப்போது குயூபிட்களைக் கருத்தில் கொள்ளுங்கள். சூப்பர்பொசிஷனுக்கு நன்றி, N குயூபிட்களின் ஒரு பதிவேடு அனைத்து 2^N சாத்தியமான சேர்க்கைகளையும் ஒரே நேரத்தில் குறிக்க முடியும்.

• 2 குயூபிட்கள் 00, 01, 10, மற்றும் 11 மதிப்புகளை ஒரே நேரத்தில் வைத்திருக்க முடியும்.
• 3 குயூபிட்கள் 8 மதிப்புகளை வைத்திருக்க முடியும்.
• 10 குயூபிட்கள் 1,024 மதிப்புகளை வைத்திருக்க முடியும்.
• வெறும் 300 குயூபிட்கள், கொள்கையளவில், காணக்கூடிய பிரபஞ்சத்தில் உள்ள அணுக்களை விட அதிகமான நிலைகளைப் பிரதிநிதித்துவப்படுத்த முடியும்.

ஒரே நேரத்தில் ஒரு பரந்த எண்ணிக்கையிலான நிலைகளில் கணக்கீடுகளைச் செய்யும் இந்த திறன் குவாண்டம் பேரலலிஸம் என்று அழைக்கப்படுகிறது, மேலும் இது சில வகையான சிக்கல்களுக்கு குவாண்டம் கணினிகள் வாக்குறுதியளிக்கும் அதிவேக அதிகரிப்பின் மூலமாகும்.

என்டாங்கிள்மென்ட்: "பயமுறுத்தும்" இணைப்பு

சூப்பர்பொசிஷன் குவாண்டம் கம்ப்யூட்டிங்கின் முதல் தூண் என்றால், என்டாங்கிள்மென்ட் இரண்டாவது. இது மிகவும் விசித்திரமான ஒரு நிகழ்வு, ஆல்பர்ட் ஐன்ஸ்டீன் இதை "தொலைவில் நடக்கும் பயமுறுத்தும் செயல்" என்று பிரபலமாக அழைத்தார்.

ஐன்ஸ்டீனின் புகழ்பெற்ற கேள்வி

என்டாங்கிள்மென்ட் என்பது இரண்டு அல்லது அதற்கு மேற்பட்ட குயூபிட்களை ஒன்றாக இணைக்கக்கூடிய ஒரு சிறப்பு குவாண்டம் இணைப்பு. குயூபிட்கள் என்டாங்கிள் செய்யப்படும்போது, அவை பரந்த தூரங்களில் இயற்பியல் ரீதியாக பிரிக்கப்பட்டிருந்தாலும், ஒரு ஒற்றை குவாண்டம் அமைப்பை உருவாக்குகின்றன. அவற்றின் தலைவிதிகள் உள்ளார்ந்த முறையில் பின்னிப் பிணைந்துள்ளன. ஒரு என்டாங்கிள் செய்யப்பட்ட ஜோடியில் ஒரு குயூபிட்டின் நிலையை அளவிடுவது, உடனடியாக மற்றொன்றின் நிலையை பாதிக்கிறது, இது ஒளி வேகத்தை விட வேகமாக ஒரு சமிக்ஞையை அவற்றுக்கிடையே கொண்டு செல்ல முடியும்.

ஒளியை விட வேகமாக எதுவும் பயணிக்க முடியாது என்ற கொள்கையை இது மீறுவதாகத் தோன்றியது, இது ஐன்ஸ்டீன் மற்றும் அவரது சகாக்களை குவாண்டம் மெக்கானிக்ஸின் முழுமையைக் கேள்விக்குள்ளாக்க வழிவகுத்தது. இருப்பினும், பல தசாப்தங்களாக செய்யப்பட்ட சோதனைகள் என்டாங்கிள்மென்ட் நமது பிரபஞ்சத்தின் மிகவும் உண்மையான, ஆனால் ஆழ்ந்த உள்ளுணர்வுக்கு மாறான, ஒரு அம்சம் என்பதை உறுதிப்படுத்தியுள்ளன.

ஒரு உள்ளுணர்வு ஒப்புமை: குவாண்டம் கையுறை ஜோடி

என்டாங்கிள்மென்ட்டைப் புரிந்துகொள்ள, இந்த ஒப்புமையைக் கவனியுங்கள். உங்களிடம் ஒரு ஜோடி கையுறைகள் உள்ளன, ஒன்று வலது கை மற்றும் ஒன்று இடது கை. நீங்கள் ஒவ்வொரு கையுறையையும் பார்க்காமல் தனித்தனியாக, ஒரே மாதிரியான, சீல் செய்யப்பட்ட பெட்டிகளில் வைக்கிறீர்கள். நீங்கள் ஒரு பெட்டியை வைத்துக்கொண்டு, மற்றொன்றை கிரகத்தின் மறுபக்கத்தில் உள்ள ஒரு சக ஊழியருக்கு அனுப்புகிறீர்கள்.

உங்களில் ஒருவர் உங்கள் பெட்டியைத் திறப்பதற்கு முன், ஒரு வலது கையுறை கிடைப்பதற்கான 50% வாய்ப்பும், ஒரு இடது கையுறை கிடைப்பதற்கான 50% வாய்ப்பும் இருப்பதாக உங்களுக்குத் தெரியும். நீங்கள் உங்கள் பெட்டியைத் திறந்து ஒரு வலது கை கையுறையைப் பார்த்தவுடன், உடனடியாகவும் 100% உறுதியுடனும், உங்கள் சக ஊழியரின் பெட்டியில் இடது கை கையுறை உள்ளது என்பதை நீங்கள் அறிவீர்கள்.

இங்குதான் கிளாசிக்கல் ஒப்புமை உடைகிறது மற்றும் குவாண்டம் யதார்த்தம் இன்னும் விசித்திரமாகிறது. கிளாசிக்கல் கையுறை சூழ்நிலையில், விளைவு எப்போதும் முன்னரே தீர்மானிக்கப்பட்டது; வலது கை கையுறை உங்கள் பெட்டியில் முழு நேரமும் இருந்தது. நீங்கள் முன்பே இருந்த ஒரு உண்மையை கண்டுபிடித்தீர்கள். என்டாங்கிள் செய்யப்பட்ட குயூபிட்களுடன், நிலை அளவீடு செய்யும் தருணம் வரை உண்மையாகவே தீர்மானிக்கப்படவில்லை. உங்கள் குயூபிட்டை அளவிட்டு, அது, சொல்லப்போனால், ஒரு |0⟩ ஆக இருப்பதைக் கண்டறியும் செயல், அதன் என்டாங்கிள் செய்யப்பட்ட கூட்டாளியை உடனடியாக தொடர்புடைய நிலை |1⟩-ஐ (அல்லது என்டாங்கிள் செய்யப்பட்ட உறவு எதுவாக இருந்தாலும்) ஏற்கச் செய்கிறது, அது எவ்வளவு தொலைவில் இருந்தாலும் சரி. அவை தொடர்பு கொள்வதில்லை; அவற்றின் பகிரப்பட்ட இருப்பு ஒரு தொடர்புடைய வழியில் உடைகிறது.

என்டாங்கிள்மென்ட்டின் நடைமுறை சக்தி

என்டாங்கிள்மென்ட் ஒரு அறிவியல் ஆர்வம் மட்டுமல்ல; இது குவாண்டம் கணக்கீடு மற்றும் தகவலுக்கு ஒரு முக்கிய ஆதாரம். இது குயூபிட்களுக்கு இடையில் சிக்கலான தொடர்புகளை உருவாக்குகிறது, இது கிளாசிக்கல் அமைப்புகளில் சாத்தியமற்றது. இந்தத் தொடர்புகளே குவாண்டம் அல்காரிதம்கள் மிகவும் சக்திவாய்ந்த சூப்பர் கம்ப்யூட்டர்களுக்குக் கூட தீர்க்க முடியாத சிக்கல்களைத் தீர்க்க அனுமதிக்கும் இரகசிய மூலப்பொருள் ஆகும். குவாண்டம் டெலிபோர்ட்டேஷன் (இது குவாண்டம் தகவலை மாற்றுகிறது, பொருளை அல்ல) மற்றும் சூப்பர்டென்ஸ் கோடிங் (இது ஒரு குயூபிட்டை மட்டும் அனுப்புவதன் மூலம் இரண்டு கிளாசிக்கல் பிட் தகவல்களை அனுப்ப அனுமதிக்கிறது) போன்ற நெறிமுறைகள் fondamentalement என்டாங்கிள்மென்ட்டை சார்ந்துள்ளன.

சூப்பர்பொசிஷன் மற்றும் என்டாங்கிள்மென்ட் சிம்பொனி

சூப்பர்பொசிஷன் மற்றும் என்டாங்கிள்மென்ட் ஆகியவை சுயாதீனமான அம்சங்கள் அல்ல; அவை குவாண்டம் கம்ப்யூட்டிங்கிற்கு அதன் சக்தியைக் கொடுக்க ஒருங்கிணைகின்றன. அவற்றை குவாண்டம் கணக்கீட்டின் சிம்பொனியில் இரண்டு அத்தியாவசிய இயக்கங்களாக நினைத்துப் பாருங்கள்.

ஒரே குவாண்டம் நாணயத்தின் இரு பக்கங்கள்

சூப்பர்பொசிஷன் ஒரு குவாண்டம் கணினிக்கு அதிவேகமாக பெரிய கணக்கீட்டு இடத்திற்கான அணுகலை வழங்குகிறது. அது மூலப்பொருள். என்டாங்கிள்மென்ட் பின்னர் இந்த பரந்த இடத்தின் வழியாக சிக்கலான தொடர்பு இழைகளை நெய்கிறது, குயூபிட்களின் தலைவிதிகளை இணைத்து சிக்கலான, கூட்டு கையாளுதல்களுக்கு அனுமதிக்கிறது. ஒரு குவாண்டம் அல்காரிதம் என்பது இரண்டு கொள்கைகளையும் பயன்படுத்தும் கவனமாக நடனமாக்கப்பட்ட ஒரு நடனம்.

அவை குவாண்டம் அல்காரிதம்களை எவ்வாறு இயக்குகின்றன

ஒரு வழக்கமான குவாண்டம் அல்காரிதம் ஒரு பொதுவான முறையைப் பின்பற்றுகிறது:

1. தொடக்கநிலை: குயூபிட்கள் தயாரிக்கப்பட்டு ஒரு சூப்பர்பொசிஷனில் வைக்கப்படுகின்றன, பெரும்பாலும் அனைத்து சாத்தியமான உள்ளீட்டு நிலைகளின் சமச்சீர் சூப்பர்பொசிஷன். இது பாரிய இணையான பணியிடத்தை உருவாக்குகிறது.
2. கணக்கீடு: குவாண்டம் கேட்-களின் (கிளாசிக்கல் லாஜிக் கேட்-களின் குவாண்டம் சமமானவை) ஒரு வரிசை பயன்படுத்தப்படுகிறது. இந்த கேட்-கள் குயூபிட் நிலைகளின் நிகழ்தகவுகளைக் கையாளுகின்றன, மற்றும் முக்கியமாக, அவை குயூபிட்களுக்கு இடையில் சிக்கலான தொடர்புகளை உருவாக்க என்டாங்கிள்மென்ட்டைப் பயன்படுத்துகின்றன. இந்த செயல்முறை வெவ்வேறு கணக்கீட்டுப் பாதைகள் ஒன்றுடன் ஒன்று குறுக்கிடச் செய்கிறது—குவாண்டம் குறுக்கீடு எனப்படும் ஒரு நிகழ்வு.
3. பெருக்கம்: தவறான பதில்களுக்கு வழிவகுக்கும் பாதைகள் ஒன்றையொன்று ரத்து செய்யும் வகையிலும், சரியான பதிலுக்கு வழிவகுக்கும் பாதைகள் ஒன்றையொன்று வலுப்படுத்தும் வகையிலும் குறுக்கீடு கவனமாகக் கட்டுப்படுத்தப்படுகிறது.
4. அளவீடு: இறுதியாக, குயூபிட்கள் அளவிடப்படுகின்றன. குறுக்கீடு காரணமாக, சரியான பதிலைக் அளவிடுவதற்கான நிகழ்தகவு இப்போது மிக அதிகமாக உள்ளது. குவாண்டம் நிலை ஒரு ஒற்றை கிளாசிக்கல் வெளியீடாக உடைகிறது, இது சிக்கலுக்கான தீர்வை வழங்குகிறது.

பெரிய எண்களை காரணியாக்க உதவும் ஷோரின் அல்காரிதம் (நவீன குறியாக்கத்திற்கு ஒரு அச்சுறுத்தல்) மற்றும் கட்டமைக்கப்படாத தரவுத்தளங்களைத் தேடுவதற்கான க்ரோவரின் அல்காரிதம் போன்ற பிரபலமான எடுத்துக்காட்டுகள் அனைத்தும் சாத்தியக்கூறுகளின் சூப்பர்பொசிஷனை உருவாக்குவதற்கும், பின்னர் என்டாங்கிள்மென்ட் மற்றும் குறுக்கீட்டைப் பயன்படுத்தி சரியான பதிலைப் பிரித்தெடுப்பதற்கும் இடையேயான இந்த இடைவினையை விமர்சன ரீதியாக நம்பியுள்ளன.

பெரும் சவால்: குவாண்டம் உலகை அடக்குதல்

அவற்றின் அனைத்து சக்திக்கும், குவாண்டம் நிலைகள் நம்பமுடியாத அளவிற்கு பலவீனமானவை. ஒரு குவாண்டம் கணினியைக் கட்டுவதும் இயக்குவதும் நமது காலத்தின் மிக முக்கியமான பொறியியல் சவால்களில் ஒன்றாகும்.

டீகோஹெரென்ஸ்: குவாண்டம் நிலையின் எதிரி

குவாண்டம் கம்ப்யூட்டிங்கின் மிகப்பெரிய எதிரி டீகோஹெரென்ஸ் ஆகும். இது ஒரு குயூபிட் அதன் குவாண்டம் பண்புகளை—அதன் சூப்பர்பொசிஷன் மற்றும் என்டாங்கிள்மென்ட்—அதன் சூழலுடனான தொடர்புகளால் இழக்கும் செயல்முறையாகும். மிகச்சிறிய அதிர்வு, தவறான மின்காந்த புலம், அல்லது வெப்பநிலை ஏற்ற இறக்கம் குயூபிட்டை கவனக்குறைவாக "அளவிட" முடியும், இதனால் அதன் மென்மையான குவாண்டம் நிலை ஒரு எளிய, கிளாசிக்கல் 0 அல்லது 1 ஆக உடைகிறது. இது கணக்கீட்டை அழிக்கிறது.

குவாண்டம் கணினிகள் செயல்பட இத்தகைய தீவிர நிலைமைகள் தேவைப்படுவதற்கு இதுவே காரணம், அதாவது நீர்த்தல் குளிர்சாதனப் பெட்டிகளில் கிட்டத்தட்ட முழுமையான பூஜ்ஜிய வெப்பநிலை மற்றும் வெளி உலகத்திலிருந்து விரிவான கவசம். டீகோஹெரென்ஸுக்கு எதிரான போராட்டம், ஒரு அர்த்தமுள்ள கணக்கீட்டைச் செய்ய போதுமான நீண்ட காலத்திற்கு குவாண்டம் நிலையைப் பாதுகாப்பதற்கான ஒரு நிலையான போராட்டமாகும்.

தவறு சகிப்புத்தன்மைக்கான உலகளாவிய தேடல்

இன்று கட்டப்படும் இயந்திரங்கள் சத்தமான இடைநிலை குவாண்டம் (NISQ) சாதனங்கள் என வகைப்படுத்தப்பட்டுள்ளன. அவைகள் குறைந்த எண்ணிக்கையிலான குயூபிட்களைக் கொண்டுள்ளன (பத்துகள் முதல் சில நூறுகள் வரை) மற்றும் சத்தம் மற்றும் டீகோஹெரென்ஸால் மிகவும் பாதிக்கப்படக்கூடியவை, இது அவைகள் தீர்க்கக்கூடிய சிக்கல்களின் சிக்கலான தன்மையைக் கட்டுப்படுத்துகிறது. உலகெங்கிலும் உள்ள ஆராய்ச்சிக் குழுக்களின் இறுதி நோக்கம் ஒரு தவறு-சகிப்புத்தன்மை கொண்ட குவாண்டம் கணினியை உருவாக்குவதாகும் - அதாவது பிழைகளால் தடம்புரளாமல் எந்த நீளமுள்ள கணக்கீடுகளையும் செய்யக்கூடிய ஒன்று.

குவாண்டம் பிழை திருத்தம் (QEC)

தவறு சகிப்புத்தன்மையை அடைவதற்கான திறவுகோல் குவாண்டம் பிழை திருத்தத்தில் (QEC) உள்ளது. கிளாசிக்கல் பிட்களைப் போலல்லாமல், குவாண்டம் மெக்கானிக்ஸின் குளோனிங் செய்ய முடியாத தேற்றத்தின் காரணமாக, ஒரு குயூபிட்டை நகலெடுத்து காப்புப் பிரதி எடுக்க முடியாது. அதற்குப் பதிலாக, QEC ஒரு ஒற்றை, சரியான "லாஜிக்கல் குயூபிட்"-இன் தகவல்கள் பல இயற்பியல், பிழை ஏற்படக்கூடிய குயூபிட்களில் குறியாக்கம் செய்யப்படும் அதிநவீன திட்டங்களை உள்ளடக்கியது. இந்த இயற்பியல் குயூபிட்களின் நிலையை புத்திசாலித்தனமான முறையில் தொடர்ந்து அளவிடுவதன் மூலம் (முக்கிய தகவல்களை அழிக்காமல்), பிழைகளைக் கண்டறிந்து சரிசெய்ய முடியும், இது லாஜிக்கல் குயூபிட்டின் ஒருமைப்பாட்டையும் ஒட்டுமொத்த கணக்கீட்டையும் பாதுகாக்கிறது.

நிஜ-உலகத் தாக்கம்: குவாண்டம் யுகத்தின் விடியல்

நாம் இன்னும் ஆரம்ப நாட்களில் இருந்தாலும், தவறு-சகிப்புத்தன்மை கொண்ட குவாண்டம் கணினிகளின் சாத்தியமான பயன்பாடுகள் திகைப்பூட்டுகின்றன மற்றும் பல தொழில்களை புரட்சிகரமாக்கக்கூடும்.

• மருத்துவம் மற்றும் பொருள் அறிவியல்: கிளாசிக்கல் கணினிகள் சிக்கலான மூலக்கூறுகளைத் துல்லியமாக உருவகப்படுத்த போராடுகின்றன. குவாண்டம் கணினிகள் மூலக்கூறு இடைவினைகளை சரியான துல்லியத்துடன் மாதிரியாகக் கொண்டு, புதிய மருந்துகள், வினையூக்கிகள், மற்றும் உயர்-வெப்பநிலை மீக்கடத்திகள் அல்லது அதிக திறனுள்ள பேட்டரிகள் போன்ற விரும்பிய பண்புகளுடன் கூடிய புதிய பொருட்களை வடிவமைக்க உதவும்.
• நிதி மற்றும் உகப்பாக்கம்: பல நிதி சிக்கல்கள் அடிப்படையில் உகப்பாக்கம் பற்றியவை—ஒரு பரந்த எண்ணிக்கையிலான சாத்தியக்கூறுகளிலிருந்து சிறந்த தீர்வைக் கண்டறிதல். குவாண்டம் கணினிகள் இந்த சிக்கலான உகப்பாக்கச் சிக்கல்களை அதிவேகமாகத் தீர்ப்பதன் மூலம் போர்ட்ஃபோலியோ மேலாண்மை, இடர் பகுப்பாய்வு மற்றும் சந்தை கணிப்பு ஆகியவற்றில் புரட்சியை ஏற்படுத்த முடியும்.
• செயற்கை நுண்ணறிவு: குவாண்டம் இயந்திர கற்றல் என்பது AI பணிகளை விரைவுபடுத்த குவாண்டம் கொள்கைகளைப் பயன்படுத்தும் ஒரு வளர்ந்து வரும் துறையாகும். இது வடிவ அங்கீகாரம், தரவு பகுப்பாய்வு, மற்றும் மிகவும் சக்திவாய்ந்த மற்றும் திறமையான AI மாதிரிகளை உருவாக்குவதில் முன்னேற்றங்களுக்கு வழிவகுக்கும்.
• குறியாக்கவியல் மற்றும் பாதுகாப்பு: குவாண்டம் கணினிகள் நமது தற்போதைய டிஜிட்டல் பாதுகாப்பு உள்கட்டமைப்பிற்கு ஒரு குறிப்பிடத்தக்க அச்சுறுத்தலாக உள்ளன, ஏனெனில் ஷோரின் அல்காரிதம் பரவலாகப் பயன்படுத்தப்படும் குறியாக்க முறைகளை உடைக்கக்கூடும். இருப்பினும், குவாண்டம் மெக்கானிக்ஸ் ஒரு தீர்வையும் வழங்குகிறது: குவாண்டம் கீ டிஸ்ட்ரிபியூஷன் (QKD) போன்ற நெறிமுறைகள், ஒட்டுக்கேட்புக்கு உட்படாத நிரூபிக்கப்பட்ட பாதுகாப்பான தொடர்பு சேனல்களை உருவாக்க குவாண்டம் அளவீட்டின் கொள்கைகளைப் பயன்படுத்துகின்றன.

முடிவுரை: குவாண்டம் எதிர்காலத்தை தழுவுதல்

குயூபிட் என்பது கிளாசிக்கல் பிட்டின் மிகவும் சக்திவாய்ந்த பதிப்பு மட்டுமல்ல. இது தகவலைப் புரிந்துகொள்வதற்கும் பயன்படுத்துவதற்கும் முற்றிலும் புதிய வழிக்கான ஒரு நுழைவாயில் ஆகும், இது சூப்பர்பொசிஷன் மற்றும் என்டாங்கிள்மென்ட்டின் ஆழ்ந்த மற்றும் பெரும்பாலும் குழப்பமான கொள்கைகளின் மீது கட்டமைக்கப்பட்டுள்ளது. சூப்பர்பொசிஷன் குவாண்டம் அல்காரிதம்கள் செயல்படும் பரந்த கேன்வாஸை வழங்குகிறது, அதே நேரத்தில் என்டாங்கிள்மென்ட் ஒரு கணக்கீட்டு தலைசிறந்த படைப்பை நெசவு செய்வதற்குத் தேவையான சிக்கலான இழைகளை வழங்குகிறது.

ஒரு பெரிய அளவிலான, தவறு-சகிப்புத்தன்மை கொண்ட குவாண்டம் கணினியை உருவாக்கும் நோக்கிய பயணம் நீண்டது மற்றும் மகத்தான அறிவியல் மற்றும் பொறியியல் சவால்களால் நிறைந்தது. டீகோஹெரென்ஸ் ஒரு வலிமையான தடையாக உள்ளது, மற்றும் வலுவான பிழை திருத்தத்தின் வளர்ச்சி மிக முக்கியமானது. ஆயினும்கூட, உலகெங்கிலும் உள்ள ஆய்வகங்கள் மற்றும் நிறுவனங்களில் ஏற்பட்டுள்ள முன்னேற்றம் மூச்சடைக்க வைக்கிறது.

நாம் ஒரு புதிய யுகத்தின் விடியலைக் காண்கிறோம். சூப்பர்பொசிஷனால் ஆளப்பட்டு, தொலைவில் நடக்கும் பயமுறுத்தும் செயலால் இணைக்கப்பட்ட குயூபிட்களின் விசித்திரமான குவாண்டம் நடனம், இனி கோட்பாட்டு இயற்பியல் பாடப்புத்தகங்களுக்குள் மட்டுப்படுத்தப்படவில்லை. இது வடிவமைக்கப்பட்டு, கட்டுப்படுத்தப்பட்டு, மற்றும் நிரல்படுத்தப்படுகிறது, இது மனிதகுலத்தின் சில சிக்கலான பிரச்சினைகளைத் தீர்க்கக்கூடிய மற்றும் நாம் இப்போது கற்பனை செய்யத் தொடங்கும் வழிகளில் நமது உலகை மறுவரையறை செய்யக்கூடிய தொழில்நுட்பங்களுக்கான அடித்தளத்தை அமைக்கிறது.