EITC/QI/QIF குவாண்டம் இன்ஃபர்மேஷன் ஃபண்டமெண்டல்ஸ் என்பது குவாண்டம் தகவல் மற்றும் குவாண்டம் கணக்கீட்டின் தத்துவார்த்த மற்றும் நடைமுறை அம்சங்களில் உள்ள ஐரோப்பிய IT சான்றிதழ் திட்டமாகும், இது கிளாசிக்கல் இயற்பியலைக் காட்டிலும் குவாண்டம் இயற்பியலின் விதிகளை அடிப்படையாகக் கொண்டது மற்றும் அவற்றின் கிளாசிக்கல் சகாக்களை விட தரமான நன்மைகளை வழங்குகிறது.
EITC/QI/QIF குவாண்டம் தகவல் அடிப்படைகளின் பாடத்திட்டம் குவாண்டம் இயக்கவியல் அறிமுகம் (இரட்டை பிளவு பரிசோதனை மற்றும் பொருளின் அலை குறுக்கீடு உட்பட), குவாண்டம் தகவல் அறிமுகம் (Qubits மற்றும் அவற்றின் வடிவியல் பிரதிநிதித்துவம்), ஒளி துருவமுனைப்பு, நிச்சயமற்ற கொள்கை, குவாண்டம் சிக்கல், ஈபிஆர் முரண்பாடு, பெல் சமத்துவமின்மை மீறல், உள்ளூர் யதார்த்தத்தை கைவிடுதல், குவாண்டம் தகவல் செயலாக்கம் (ஒற்றுமை மாற்றம், ஒற்றை-குவிட் மற்றும் இரண்டு-குபிட் வாயில்கள் உட்பட), குளோனிங் தேற்றம், குவாண்டம் டெலிபோர்ட்டேஷன், குவாண்டம் அளவீடு, குவாண்டம் கணக்கீடு (அறிமுகம் உட்பட. -குபிட் சிஸ்டம்ஸ், யுனிவர்சல் ஃபேமிலி ஆஃப் கேட்ஸ், ரிவர்சிபிலிட்டி ஆஃப் கம்ப்யூடேஷன்), குவாண்டம் அல்காரிதம்கள் (குவாண்டம் ஃபோரியர் டிரான்ஸ்ஃபார்ம் உட்பட, சைமனின் அல்காரிதம், எக்ஸ்டெண்டட் சூர்-டூரிங் ஆய்வறிக்கை, ஷார்க் குவாண்டம் ஃபேக்டரிங் அல்காரிதம், க்ரோவர்ஸ் குவாண்டம் சர்வீசபிள் தேடல், குவாண்டம் சர்வீசபிள் qubits செயலாக்கங்கள், குவாண்டம் சிக்கலான கோட்பாடு, அடியாபாட்டிக் குவாண்டம் கம்ப்யூட்டட் அயன், BQP, ஸ்பின் அறிமுகம், பின்வரும் கட்டமைப்பிற்குள், இந்த EITC சான்றிதழுக்கான குறிப்பாக விரிவான வீடியோ டிடாக்டிக் உள்ளடக்கத்தை உள்ளடக்கியது.
குவாண்டம் தகவல் என்பது குவாண்டம் அமைப்பின் நிலை பற்றிய தகவல். இது குவாண்டம் தகவல் கோட்பாட்டின் அடிப்படை ஆய்வாகும், மேலும் குவாண்டம் தகவல் செயலாக்க நுட்பங்களைப் பயன்படுத்தி கையாளலாம். குவாண்டம் தகவல் என்பது வான் நியூமன் என்ட்ரோபியின் தொழில்நுட்ப வரையறை மற்றும் பொதுவான கணக்கீட்டு சொல் ஆகிய இரண்டையும் குறிக்கிறது.
குவாண்டம் தகவல் மற்றும் கணக்கீடு என்பது குவாண்டம் இயக்கவியல், கணினி அறிவியல், தகவல் கோட்பாடு, தத்துவம் மற்றும் குறியாக்கவியல் ஆகியவற்றை உள்ளடக்கிய ஒரு இடைநிலைத் துறையாகும். அதன் ஆய்வு அறிவாற்றல் அறிவியல், உளவியல் மற்றும் நரம்பியல் போன்ற துறைகளுக்கும் பொருத்தமானது. நுண்ணிய அளவில் பொருளிலிருந்து தகவல்களைப் பிரித்தெடுப்பதில் அதன் முக்கிய கவனம் உள்ளது. அறிவியலில் அவதானிப்பு என்பது யதார்த்தத்தின் அடிப்படையான தனித்துவமான அளவுகோலாகும் மற்றும் தகவல்களைப் பெறுவதற்கான மிக முக்கியமான வழிகளில் ஒன்றாகும். எனவே கண்காணிப்பை அளவிடுவதற்கு அளவீடு தேவைப்படுகிறது, இது அறிவியல் முறைக்கு முக்கியமானது. குவாண்டம் இயக்கவியலில், நிச்சயமற்ற கோட்பாட்டின் காரணமாக, பயணிக்காத அவதானிப்புகளை ஒரே நேரத்தில் துல்லியமாக அளவிட முடியாது, ஏனெனில் ஒரு அடிப்படையில் ஈஜென்ஸ்டேட் மற்ற அடிப்படையில் ஈஜென்ஸ்டேட் அல்ல. இரண்டு மாறிகளும் ஒரே நேரத்தில் சரியாக வரையறுக்கப்படாததால், ஒரு குவாண்டம் நிலை இரண்டு மாறிகள் பற்றிய உறுதியான தகவலை ஒருபோதும் கொண்டிருக்க முடியாது. குவாண்டம் இயக்கவியலில் உள்ள அளவீட்டின் இந்த அடிப்படைப் பண்பு காரணமாக, இந்த கோட்பாடு பொதுவாக கிளாசிக்கல் மெக்கானிக்ஸுக்கு மாறாக நிர்ணயமற்றது என வகைப்படுத்தலாம், இது முழுமையாக தீர்மானிக்கப்படுகிறது. குவாண்டம் நிலைகளின் உறுதியற்ற தன்மை குவாண்டம் அமைப்புகளின் நிலைகளாக வரையறுக்கப்பட்ட தகவலை வகைப்படுத்துகிறது. கணித அடிப்படையில் இந்த நிலைகள் கிளாசிக்கல் அமைப்புகளின் நிலைகளின் சூப்பர்போசிஷன்களில் (நேரியல் சேர்க்கைகள்) உள்ளன.
தகவல் எப்போதும் ஒரு இயற்பியல் அமைப்பின் நிலையில் குறியாக்கம் செய்யப்படுவதால், அது தானாகவே பௌதிகமானது. குவாண்டம் இயக்கவியல் நுண்ணிய மட்டத்தில் பொருளின் பண்புகளை ஆய்வு செய்யும் போது, குவாண்டம் தகவல் அறிவியல் அந்த பண்புகளிலிருந்து தகவல்களைப் பிரித்தெடுப்பதில் கவனம் செலுத்துகிறது, மேலும் குவாண்டம் தகவல் செயலாக்க நுட்பங்களைப் பயன்படுத்தி குவாண்டம் தகவலைக் கையாளுகிறது மற்றும் செயலாக்குகிறது - தருக்க செயல்பாடுகளை செய்கிறது.
கிளாசிக்கல் தகவல் போன்ற குவாண்டம் தகவல்களை கணினிகளைப் பயன்படுத்தி செயலாக்கலாம், ஒரு இடத்திலிருந்து மற்றொரு இடத்திற்கு அனுப்பலாம், அல்காரிதம்கள் மூலம் கையாளலாம் மற்றும் கணினி அறிவியல் மற்றும் கணிதம் மூலம் பகுப்பாய்வு செய்யலாம். கிளாசிக்கல் தகவலின் அடிப்படை அலகு பிட் போலவே, குவாண்டம் தகவலும் குவிட்களைக் கையாள்கிறது, இது 0 மற்றும் 1 இன் சூப்பர்போசிஷனில் இருக்கலாம் (ஒரே நேரத்தில் ஓரளவு உண்மை மற்றும் தவறானது). குவாண்டம் தகவல் சிக்கிய நிலைகள் என அழைக்கப்படுபவற்றிலும் இருக்கலாம், இது முற்றிலும் பாரம்பரியமற்ற உள்ளூர் அல்லாத தொடர்புகளை அவற்றின் அளவீடுகளில் வெளிப்படுத்துகிறது, குவாண்டம் டெலிபோர்ட்டேஷன் போன்ற பயன்பாடுகளை செயல்படுத்துகிறது. வான் நியூமன் என்ட்ரோபியைப் பயன்படுத்தி சிக்கலின் அளவை அளவிடலாம், இது குவாண்டம் தகவலின் அளவீடும் ஆகும். சமீபத்தில், குவாண்டம் கம்ப்யூட்டிங் துறையானது, நவீன கணக்கீடு, தகவல் தொடர்பு மற்றும் குறியாக்கவியலை சீர்குலைக்கும் சாத்தியக்கூறுகள் இருப்பதால், மிகவும் சுறுசுறுப்பான ஆராய்ச்சிப் பகுதியாக மாறியுள்ளது.
குவாண்டம் தகவலின் வரலாறு 20 ஆம் நூற்றாண்டின் தொடக்கத்தில் கிளாசிக்கல் இயற்பியல் குவாண்டம் இயற்பியலில் புரட்சியை ஏற்படுத்தியது. கிளாசிக்கல் இயற்பியலின் கோட்பாடுகள் புற ஊதா பேரழிவு அல்லது எலக்ட்ரான்கள் அணுக்கருவிற்குள் சுழல்வது போன்ற அபத்தங்களை முன்னறிவித்தன. கிளாசிக்கல் இயற்பியலுடன் தற்காலிக கருதுகோளைச் சேர்ப்பதன் மூலம் முதலில் இந்த சிக்கல்கள் ஒதுக்கித் தள்ளப்பட்டன. விரைவில், இந்த அபத்தங்களைப் புரிந்துகொள்ள ஒரு புதிய கோட்பாடு உருவாக்கப்பட வேண்டும் என்பது தெளிவாகத் தெரிந்தது, மேலும் குவாண்டம் இயக்கவியல் கோட்பாடு பிறந்தது.
குவாண்டம் இயக்கவியல் அலை இயக்கவியலைப் பயன்படுத்தி ஷ்ரோடிங்கர் மற்றும் மேட்ரிக்ஸ் இயக்கவியலைப் பயன்படுத்தி ஹைசன்பெர்க் ஆகியோரால் வடிவமைக்கப்பட்டது. இந்த முறைகளின் சமத்துவம் பின்னர் நிரூபிக்கப்பட்டது. அவற்றின் சூத்திரங்கள் நுண்ணிய அமைப்புகளின் இயக்கவியலை விவரித்தன, ஆனால் அளவீட்டு செயல்முறைகளை விவரிப்பதில் பல திருப்தியற்ற அம்சங்களைக் கொண்டிருந்தன. வான் நியூமன் குவாண்டம் கோட்பாட்டை ஆபரேட்டர் இயற்கணிதத்தைப் பயன்படுத்தி அது அளவீடு மற்றும் இயக்கவியலை விவரிக்கிறது. இந்த ஆய்வுகள் அளவீடுகள் மூலம் தகவல்களைப் பிரித்தெடுப்பதற்கான அளவு அணுகுமுறையை விட அளவீட்டின் தத்துவ அம்சங்களை வலியுறுத்துகின்றன.
1960 களில், ஸ்ட்ராடோனோவிச், ஹெல்ஸ்ட்ராம் மற்றும் கோர்டன் ஆகியோர் குவாண்டம் இயக்கவியலைப் பயன்படுத்தி ஒளியியல் தகவல்தொடர்புகளை உருவாக்க முன்மொழிந்தனர். குவாண்டம் தகவல் கோட்பாட்டின் முதல் வரலாற்று தோற்றம் இதுவாகும். அவர்கள் முக்கியமாக பிழை நிகழ்தகவுகள் மற்றும் தகவல்தொடர்புக்கான சேனல் திறன்களை ஆய்வு செய்தனர். பின்னர், ஹோலேவோ ஒரு குவாண்டம் சேனல் வழியாக கிளாசிக்கல் செய்தியை அனுப்புவதில் தகவல்தொடர்பு வேகத்தின் உயர் வரம்பைப் பெற்றார்.
1970 களில், அணு பொறி மற்றும் ஸ்கேனிங் டன்னலிங் மைக்ரோஸ்கோப் போன்ற ஒற்றை அணு குவாண்டம் நிலைகளைக் கையாளும் நுட்பங்கள் உருவாக்கத் தொடங்கின, இது ஒற்றை அணுக்களை தனிமைப்படுத்தி அவற்றை வரிசைகளில் வரிசைப்படுத்துவதை சாத்தியமாக்கியது. இந்த முன்னேற்றங்களுக்கு முன்னர், ஒற்றை குவாண்டம் அமைப்புகளின் மீது துல்லியமான கட்டுப்பாடு சாத்தியமில்லை, மேலும் சோதனைகள் அதிக எண்ணிக்கையிலான குவாண்டம் அமைப்புகளின் மீது ஒரே நேரத்தில் கடுமையான கட்டுப்பாட்டைப் பயன்படுத்தின. சாத்தியமான ஒற்றை-நிலை கையாளுதல் நுட்பங்களின் வளர்ச்சி குவாண்டம் தகவல் மற்றும் கணக்கீடு துறையில் அதிக ஆர்வத்தை ஏற்படுத்தியது.
1980 களில், ஐன்ஸ்டீனின் சார்பியல் கோட்பாட்டை நிரூபிப்பதற்காக குவாண்டம் விளைவுகளைப் பயன்படுத்துவது சாத்தியமா என்ற ஆர்வம் எழுந்தது. அறியப்படாத குவாண்டம் நிலையை குளோன் செய்ய முடிந்தால், ஐன்ஸ்டீனின் கோட்பாட்டை மறுத்து, ஒளியின் வேகத்தை விட வேகமாக தகவல்களை அனுப்ப, சிக்கிய குவாண்டம் நிலைகளைப் பயன்படுத்த முடியும். இருப்பினும், நோ-குளோனிங் தேற்றம் அத்தகைய குளோனிங் சாத்தியமற்றது என்பதைக் காட்டுகிறது. குவாண்டம் தகவல் கோட்பாட்டின் ஆரம்ப முடிவுகளில் தேற்றம் ஒன்றாகும்.
குறியாக்கவியலில் இருந்து வளர்ச்சி
தனிமைப்படுத்தப்பட்ட குவாண்டம் அமைப்புகளைப் படிப்பதில் ஆர்வமும் ஆர்வமும் இருந்தபோதிலும், சார்பியல் கோட்பாட்டைத் தவிர்ப்பதற்கான வழியைக் கண்டுபிடிக்க முயற்சித்தாலும், குவாண்டம் தகவல் கோட்பாட்டில் ஆராய்ச்சி 1980 களில் தேக்கமடைந்தது. இருப்பினும், அதே நேரத்தில் மற்றொரு அவென்யூ குவாண்டம் தகவல் மற்றும் கணக்கீட்டில் ஈடுபடத் தொடங்கியது: குறியாக்கவியல். ஒரு பொதுவான அர்த்தத்தில், கிரிப்டோகிராஃபி என்பது ஒருவரையொருவர் நம்பாத இரண்டு அல்லது அதற்கு மேற்பட்ட தரப்பினரை உள்ளடக்கிய தகவல்தொடர்பு அல்லது கணக்கீட்டின் சிக்கலாகும்.
பென்னட் மற்றும் ப்ராஸார்ட் ஒரு தகவல்தொடர்பு சேனலை உருவாக்கினர், அதைக் கண்டறியாமல் ஒட்டுக்கேட்க முடியாது, இது BB84 குவாண்டம் கிரிப்டோகிராஃபிக் நெறிமுறையைப் பயன்படுத்தி நீண்ட தொலைவில் இரகசியமாகத் தொடர்புகொள்ளும் ஒரு வழியாகும். முக்கிய யோசனை குவாண்டம் இயக்கவியலின் அடிப்படைக் கொள்கையைப் பயன்படுத்துவதாகும், இது கவனிக்கப்படுவதைத் தொந்தரவு செய்கிறது, மேலும் ஒரு பாதுகாப்பான தகவல்தொடர்பு வரிசையில் செவிமடுப்பவரின் அறிமுகம், தொடர்பு கொள்ள முயற்சிக்கும் இரு தரப்பினரும் செவிமடுப்பவர் இருப்பதை உடனடியாக அறிய அனுமதிக்கும்.
கணினி அறிவியல் மற்றும் கணிதத்தின் வளர்ச்சி
புரோகிராம் செய்யக்கூடிய கணினி அல்லது டூரிங் இயந்திரம் பற்றிய ஆலன் டூரிங்கின் புரட்சிகரமான யோசனைகளின் வருகையுடன், எந்தவொரு நிஜ-உலக கணக்கீடும் ஒரு டூரிங் இயந்திரத்தை உள்ளடக்கிய சமமான கணக்கீடுகளாக மொழிபெயர்க்கப்படலாம் என்பதைக் காட்டினார். இது சர்ச்-டூரிங் ஆய்வறிக்கை என்று அழைக்கப்படுகிறது.
விரைவில், முதல் கணினிகள் உருவாக்கப்பட்டன மற்றும் கணினி வன்பொருள் மிக வேகமாக வளர்ந்தது, உற்பத்தியில் அனுபவத்தின் மூலம் வளர்ச்சியானது மூரின் சட்டம் எனப்படும் அனுபவ உறவாக குறியிடப்பட்டது. இந்த 'சட்டம்' என்பது ஒரு ஒருங்கிணைந்த மின்சுற்றில் உள்ள டிரான்சிஸ்டர்களின் எண்ணிக்கை ஒவ்வொரு இரண்டு வருடங்களுக்கும் இரட்டிப்பாகும் என்று கூறும் திட்டப் போக்கு ஆகும். டிரான்சிஸ்டர்கள் சிறியதாகவும் சிறியதாகவும் மாறத் தொடங்கியதால், ஒரு பரப்பளவுக்கு அதிக சக்தியைப் பேக் செய்ய, குவாண்டம் விளைவுகள் எலக்ட்ரானிக்ஸில் காட்டத் தொடங்கின, இதன் விளைவாக கவனக்குறைவான குறுக்கீடு ஏற்பட்டது. இது குவாண்டம் கம்ப்யூட்டிங்கின் வருகைக்கு வழிவகுத்தது, இது அல்காரிதம்களை வடிவமைக்க குவாண்டம் இயக்கவியலைப் பயன்படுத்தியது.
இந்த கட்டத்தில், குவாண்டம் கணினிகள் சில குறிப்பிட்ட பிரச்சனைகளுக்கு கிளாசிக்கல் கம்ப்யூட்டர்களை விட மிக வேகமாக இருக்கும் என்ற உறுதிமொழியைக் காட்டியது. டேவிட் டாய்ச் மற்றும் ரிச்சர்ட் ஜோஸ்ஸா ஆகியோரால் இதுபோன்ற ஒரு உதாரணச் சிக்கலை உருவாக்கியுள்ளனர், இது டாய்ச்-ஜோசா அல்காரிதம் என அறியப்படுகிறது. இருப்பினும், இந்த சிக்கல் நடைமுறை பயன்பாடுகள் எதுவும் இல்லை. 1994 இல் பீட்டர் ஷோர் ஒரு மிக முக்கியமான மற்றும் நடைமுறைச் சிக்கலைக் கொண்டு வந்தார், இது முழு எண்ணின் பிரதான காரணிகளைக் கண்டறிவதில் ஒன்றாகும். தனித்த மடக்கைச் சிக்கலை குவாண்டம் கணினியில் திறமையாகத் தீர்க்க முடியும், ஆனால் கிளாசிக்கல் கணினியில் அல்ல, எனவே குவாண்டம் கணினிகள் டூரிங் இயந்திரங்களை விட சக்திவாய்ந்தவை என்பதைக் காட்டுகிறது.
தகவல் கோட்பாட்டிலிருந்து வளர்ச்சி
கம்ப்யூட்டர் சயின்ஸ் ஒரு புரட்சியை ஏற்படுத்திய காலத்தில், கிளாட் ஷானன் மூலம் தகவல் கோட்பாடு மற்றும் தகவல் தொடர்பு ஏற்பட்டது. ஷானன் தகவல் கோட்பாட்டின் இரண்டு அடிப்படைக் கோட்பாடுகளை உருவாக்கினார்: சத்தமில்லாத சேனல் குறியீட்டு தேற்றம் மற்றும் சத்தமில்லாத சேனல் குறியீட்டு தேற்றம். அனுப்பப்படும் தகவலைப் பாதுகாக்க பிழை திருத்தும் குறியீடுகள் பயன்படுத்தப்படலாம் என்பதையும் அவர் காட்டினார்.
குவாண்டம் தகவல் கோட்பாடும் இதேபோன்ற பாதையைப் பின்பற்றியது, பென் ஷூமேக்கர் 1995 இல் க்யூபிட்டைப் பயன்படுத்தி ஷானனின் சத்தமில்லா குறியீட்டுத் தேற்றத்திற்கு ஒரு அனலாக் செய்தார். குவாண்டம் கணினிகள் இரைச்சலைப் பொருட்படுத்தாமல் திறமையான கணக்கீடுகளைச் செய்வதற்கும், சத்தமில்லாத குவாண்டம் சேனல்கள் மூலம் நம்பகமான தகவல்தொடர்பு செய்வதற்கும் இது ஒரு பிழை-திருத்தக் கோட்பாடு உருவாக்கப்பட்டது.
Qubits மற்றும் தகவல் கோட்பாடு
குவாண்டம் தகவல் கிளாசிக்கல் தகவலிலிருந்து வலுவாக வேறுபடுகிறது, பிட் மூலம் சுருக்கமாக, பல வேலைநிறுத்தம் மற்றும் அறிமுகமில்லாத வழிகளில். கிளாசிக்கல் தகவலின் அடிப்படை அலகு பிட் என்றாலும், குவாண்டம் தகவலின் மிக அடிப்படையான அலகு குவிட் ஆகும். கிளாசிக்கல் தகவல் ஷானன் என்ட்ரோபியைப் பயன்படுத்தி அளவிடப்படுகிறது, அதே சமயம் குவாண்டம் மெக்கானிக்கல் அனலாக் வான் நியூமன் என்ட்ரோபி ஆகும். குவாண்டம் மெக்கானிக்கல் அமைப்புகளின் ஒரு புள்ளியியல் குழுமம் அடர்த்தி மேட்ரிக்ஸால் வகைப்படுத்தப்படுகிறது. கிளாசிக்கல் தகவல் கோட்பாட்டில் உள்ள பல என்ட்ரோபி அளவீடுகள் ஹோலிவோ என்ட்ரோபி மற்றும் நிபந்தனை குவாண்டம் என்ட்ரோபி போன்ற குவாண்டம் கேஸுக்கு பொதுமைப்படுத்தப்படலாம்.
கிளாசிக்கல் டிஜிட்டல் நிலைகளைப் போலன்றி (அவை தனித்தன்மை வாய்ந்தவை), ஒரு குவிட் தொடர்ச்சியான மதிப்புடையது, ப்ளாச் கோளத்தின் திசையால் விவரிக்கப்படுகிறது. இந்த வழியில் தொடர்ச்சியாக மதிப்பிடப்பட்ட போதிலும், ஒரு குவிட் என்பது குவாண்டம் தகவலின் மிகச்சிறிய அலகு ஆகும், மேலும் குவிட் நிலை தொடர்ந்து-மதிப்பீடு செய்யப்பட்டிருந்தாலும், மதிப்பை துல்லியமாக அளவிட முடியாது. ஐந்து பிரபலமான கோட்பாடுகள் குவாண்டம் தகவலைக் கையாளும் வரம்புகளை விவரிக்கின்றன:
- நோ-டெலிபோர்ட்டேஷன் தேற்றம், இது ஒரு குவிட்டை (முழுமையாக) கிளாசிக்கல் பிட்களாக மாற்ற முடியாது என்று கூறுகிறது; அதாவது, அதை முழுமையாக "படிக்க" முடியாது,
- நோ-குளோனிங் தேற்றம், இது ஒரு தன்னிச்சையான குவிட்டை நகலெடுப்பதைத் தடுக்கிறது,
- நீக்காத தேற்றம், இது தன்னிச்சையான குவிட்டை நீக்குவதைத் தடுக்கிறது,
- ஒலிபரப்பு இல்லாத தேற்றம், இது ஒரு தன்னிச்சையான குவிட்டை பல பெறுநர்களுக்கு வழங்குவதைத் தடுக்கிறது, இருப்பினும் அதை இடத்திலிருந்து இடத்திற்கு கொண்டு செல்ல முடியும் (எ.கா. குவாண்டம் டெலிபோர்ட்டேஷன் வழியாக),
- குவாண்டம் தகவலின் பாதுகாப்பை நிரூபிக்கும் no-hiding theorem, இந்த கோட்பாடுகள் பிரபஞ்சத்தில் உள்ள குவாண்டம் தகவல் பாதுகாக்கப்படுவதை நிரூபிக்கின்றன மற்றும் அவை குவாண்டம் தகவல் செயலாக்கத்தில் தனித்துவமான சாத்தியங்களைத் திறக்கின்றன.
குவாண்டம் தகவல் செயலாக்கம்
ஒரு குவிட்டின் நிலை அதன் அனைத்து தகவல்களையும் கொண்டுள்ளது. இந்த நிலை ப்ளாச் கோளத்தில் ஒரு திசையன் என அடிக்கடி வெளிப்படுத்தப்படுகிறது. நேரியல் மாற்றங்கள் அல்லது குவாண்டம் வாயில்களைப் பயன்படுத்துவதன் மூலம் இந்த நிலையை மாற்றலாம். இந்த ஒற்றை உருமாற்றங்கள் ப்ளாச் ஸ்பியரில் சுழற்சிகளாக விவரிக்கப்படுகின்றன. கிளாசிக்கல் வாயில்கள் பூலியன் தர்க்கத்தின் பழக்கமான செயல்பாடுகளுக்கு ஒத்திருக்கும் போது, குவாண்டம் வாயில்கள் இயற்பியல் ஒற்றையாட்சி இயக்கிகள்.
குவாண்டம் அமைப்புகளின் நிலையற்ற தன்மை மற்றும் நிலைகளை நகலெடுக்க இயலாமை காரணமாக, கிளாசிக்கல் தகவலை சேமிப்பதை விட குவாண்டம் தகவலை சேமிப்பது மிகவும் கடினம். ஆயினும்கூட, குவாண்டம் பிழை திருத்தத்தைப் பயன்படுத்துவதன் மூலம் குவாண்டம் தகவலை இன்னும் கொள்கையளவில் நம்பகத்தன்மையுடன் சேமிக்க முடியும். குவாண்டம் பிழை திருத்தும் குறியீடுகளின் இருப்பு தவறு-சகிப்புத்தன்மை கொண்ட குவாண்டம் கணக்கீட்டின் சாத்தியத்திற்கும் வழிவகுத்தது.
கிளாசிக்கல் பிட்களை குவாண்டம் கேட்களைப் பயன்படுத்துவதன் மூலம், குவிட்களின் உள்ளமைவுகளில் குறியாக்கம் செய்து, பின்னர் பெறலாம். தானாகவே, ஒரு குவிட் அதன் தயாரிப்பைப் பற்றிய அணுகக்கூடிய கிளாசிக்கல் தகவல்களை ஒன்றுக்கு மேற்பட்ட பிட்களுக்கு அனுப்ப முடியாது. இது ஹோலிவோவின் தேற்றம். எவ்வாறாயினும், அதி அடர்த்தியான குறியீட்டு முறையில், ஒரு அனுப்புநர், இரண்டு சிக்கியுள்ள குவிட்களில் ஒன்றில் செயல்படுவதன் மூலம், ஒரு பெறுநருக்கு அவர்களின் கூட்டு நிலையைப் பற்றிய அணுகக்கூடிய இரண்டு பிட் தகவல்களைத் தெரிவிக்க முடியும்.
குவாண்டம் தகவல் ஒரு குவாண்டம் சேனலில், கிளாசிக்கல் கம்யூனிகேஷன்ஸ் சேனலின் கருத்துக்கு ஒத்ததாக நகர்த்தப்படலாம். குவாண்டம் செய்திகள் ஒரு வரையறுக்கப்பட்ட அளவைக் கொண்டுள்ளன, அவை குவிட்களில் அளவிடப்படுகின்றன; குவாண்டம் சேனல்கள் ஒரு வினாடிக்கு குவிட்களில் அளவிடப்படும் வரையறுக்கப்பட்ட சேனல் திறனைக் கொண்டுள்ளன.
குவாண்டம் தகவல் மற்றும் குவாண்டம் தகவலில் ஏற்படும் மாற்றங்கள், வான் நியூமன் என்ட்ரோபி எனப்படும் ஷானன் என்ட்ரோபியின் அனலாக்ஸைப் பயன்படுத்தி அளவுரீதியாக அளவிட முடியும்.
சில சந்தர்ப்பங்களில், அறியப்பட்ட எந்த கிளாசிக்கல் அல்காரிதத்தையும் விட வேகமாக கணக்கீடுகளைச் செய்ய குவாண்டம் அல்காரிதம்கள் பயன்படுத்தப்படலாம். துணை அதிவேக நேரத்தை எடுக்கும் சிறந்த கிளாசிக்கல் அல்காரிதம்களுடன் ஒப்பிடும்போது, பல்லுறுப்புக்கோவை நேரத்தில் எண்களை காரணியாக்கக்கூடிய ஷோரின் அல்காரிதம் இதற்கு மிகவும் பிரபலமான எடுத்துக்காட்டு. RSA குறியாக்கத்தின் பாதுகாப்பில் காரணியாக்கம் ஒரு முக்கிய பகுதியாக இருப்பதால், ஷோரின் அல்காரிதம் குவாண்டம் கணினிகள் இயங்கும் போது கூட பாதுகாப்பாக இருக்கும் குறியாக்கத் திட்டங்களைக் கண்டறிய முயற்சிக்கும் பிந்தைய குவாண்டம் குறியாக்கவியலின் புதிய துறையைத் தூண்டியது. குவாண்டம் மேலாதிக்கத்தை நிரூபிக்கும் அல்காரிதங்களின் மற்ற எடுத்துக்காட்டுகளில் குரோவரின் தேடல் அல்காரிதம் அடங்கும், அங்கு குவாண்டம் அல்காரிதம் சிறந்த கிளாசிக்கல் அல்காரிதம் மீது இருபடி வேகத்தை அளிக்கிறது. ஒரு குவாண்டம் கணினி மூலம் திறமையாக தீர்க்கக்கூடிய சிக்கல்களின் சிக்கலான வகுப்பு BQP என அழைக்கப்படுகிறது.
குவாண்டம் விசை விநியோகம் (QKD) கிளாசிக்கல் தகவல்களின் நிபந்தனையின்றி பாதுகாப்பான பரிமாற்றத்தை அனுமதிக்கிறது, கிளாசிக்கல் குறியாக்கம் போலல்லாமல், இது நடைமுறையில் இல்லாவிட்டாலும் கொள்கையளவில் எப்போதும் உடைக்கப்படலாம். QKD இன் பாதுகாப்பு தொடர்பான சில நுட்பமான புள்ளிகள் இன்னும் பரபரப்பாக விவாதிக்கப்படுகின்றன என்பதை நினைவில் கொள்க.
மேலே உள்ள அனைத்து தலைப்புகள் மற்றும் வேறுபாடுகள் பற்றிய ஆய்வு குவாண்டம் தகவல் கோட்பாட்டை உள்ளடக்கியது.
குவாண்டம் இயக்கவியலுடன் தொடர்பு
குவாண்டம் மெக்கானிக்ஸ் என்பது நுண்ணிய இயற்பியல் அமைப்புகள் இயற்கையில் எவ்வாறு மாறும் வகையில் மாறுகின்றன என்பதைப் பற்றிய ஆய்வு ஆகும். குவாண்டம் தகவல் கோட்பாட்டின் துறையில், ஆய்வு செய்யப்பட்ட குவாண்டம் அமைப்புகள் எந்தவொரு நிஜ உலகப் பிரதியிடமிருந்தும் சுருக்கப்படுகின்றன. உதாரணமாக, ஒரு குவிட் என்பது ஒரு நேரியல் ஆப்டிகல் குவாண்டம் கணினியில் உள்ள ஃபோட்டானாக இருக்கலாம், சிக்கிய அயன் குவாண்டம் கணினியில் உள்ள அயனியாக இருக்கலாம் அல்லது சூப்பர் கண்டக்டிங் குவாண்டம் கணினியில் உள்ள அணுக்களின் பெரிய தொகுப்பாக இருக்கலாம். இயற்பியல் செயலாக்கத்தைப் பொருட்படுத்தாமல், குவாண்டம் தகவல் கோட்பாட்டின் மூலம் குறிக்கப்பட்ட குவிட்களின் வரம்புகள் மற்றும் அம்சங்கள் இந்த அமைப்புகள் அனைத்தும் சிக்கலான எண்களின் மீது அடர்த்தி மெட்ரிக்குகளின் ஒரே கருவியால் கணித ரீதியாக விவரிக்கப்படுகின்றன. குவாண்டம் இயக்கவியலுடனான மற்றொரு முக்கியமான வேறுபாடு என்னவென்றால், குவாண்டம் இயக்கவியல் அடிக்கடி ஹார்மோனிக் ஆஸிலேட்டர் போன்ற எல்லையற்ற பரிமாண அமைப்புகளைப் படிக்கும் போது, குவாண்டம் தகவல் கோட்பாடு தொடர்ச்சியான-மாறும் அமைப்புகள் மற்றும் வரையறுக்கப்பட்ட பரிமாண அமைப்புகளுடன் தொடர்புடையது.
குவாண்டம் கணக்கீடு
குவாண்டம் கம்ப்யூட்டிங் என்பது குவாண்டம் நிலைகளின் கூட்டுப் பண்புகளான சூப்பர்போசிஷன், குறுக்கீடு மற்றும் சிக்கலைக் கணக்கீடுகளைச் செய்வதற்குப் பயன்படுத்துகிறது. குவாண்டம் கணக்கீடுகளைச் செய்யும் சாதனங்கள் குவாண்டம் கணினிகள் என அழைக்கப்படுகின்றன.: I-5 தற்போதைய குவாண்டம் கணினிகள் நடைமுறை பயன்பாடுகளுக்கு வழக்கமான (கிளாசிக்கல்) கணினிகளை விட மிகச் சிறியதாக இருந்தாலும், அவை முழு எண் காரணியாக்கம் போன்ற சில கணக்கீட்டு சிக்கல்களைத் தீர்க்கும் திறன் கொண்டதாக நம்பப்படுகிறது. (இது RSA குறியாக்கத்திற்கு அடிப்படையானது), கிளாசிக்கல் கணினிகளை விட கணிசமாக வேகமானது. குவாண்டம் கம்ப்யூட்டிங் பற்றிய ஆய்வு குவாண்டம் தகவல் அறிவியலின் துணைப் புலமாகும்.
குவாண்டம் கம்ப்யூட்டிங் 1980 இல் இயற்பியலாளர் பால் பெனியோஃப் டூரிங் இயந்திரத்தின் குவாண்டம் இயந்திர மாதிரியை முன்மொழிந்தபோது தொடங்கியது. ரிச்சர்ட் ஃபெய்ன்மேன் மற்றும் யூரி மனின் ஆகியோர் பின்னர் ஒரு குவாண்டம் கணினிக்கு கிளாசிக்கல் கம்ப்யூட்டரால் செய்ய முடியாத விஷயங்களை உருவகப்படுத்தும் திறன் உள்ளது என்று பரிந்துரைத்தனர். 1994 ஆம் ஆண்டில், பீட்டர் ஷோர் RSA-மறைகுறியாக்கப்பட்ட தகவல்தொடர்புகளை மறைகுறியாக்கும் திறன் கொண்ட முழு எண்களை காரணியாக்குவதற்கான குவாண்டம் அல்காரிதத்தை உருவாக்கினார். 1998 இல் ஐசக் சுவாங், நீல் கெர்ஷென்ஃபெல்ட் மற்றும் மார்க் குபினெக் ஆகியோர் கணக்கீடுகளைச் செய்யக்கூடிய முதல் இரண்டு-குவிட் குவாண்டம் கணினியை உருவாக்கினர். 1990 களின் பிற்பகுதியில் இருந்து தொடர்ந்து சோதனை முன்னேற்றம் இருந்தபோதிலும், பெரும்பாலான ஆராய்ச்சியாளர்கள் "தவறு-சகிப்புத்தன்மை கொண்ட குவாண்டம் கம்ப்யூட்டிங் [இன்னும்] ஒரு தொலைதூர கனவு" என்று நம்புகிறார்கள். சமீபத்திய ஆண்டுகளில், குவாண்டம் கம்ப்யூட்டிங் ஆராய்ச்சிக்கான முதலீடு பொது மற்றும் தனியார் துறைகளில் அதிகரித்துள்ளது. 23 அக்டோபர் 2019 அன்று, Google AI, US National Aeronautics and Space Administration (NASA) உடன் இணைந்து, எந்தவொரு கிளாசிக்கல் கம்ப்யூட்டரிலும் சாத்தியமில்லாத ஒரு குவாண்டம் கணக்கீட்டைச் செய்ததாகக் கூறியது. செயலில் ஆராய்ச்சி.
குவாண்டம் சர்க்யூட் மாடல், குவாண்டம் டூரிங் இயந்திரம், அடியாபாட்டிக் குவாண்டம் கணினி, ஒருவழி குவாண்டம் கணினி மற்றும் பல்வேறு குவாண்டம் செல்லுலார் ஆட்டோமேட்டா உள்ளிட்ட பல வகையான குவாண்டம் கணினிகள் (குவாண்டம் கம்ப்யூட்டிங் சிஸ்டம்ஸ் என்றும் அழைக்கப்படுகின்றன) உள்ளன. மிகவும் பரவலாகப் பயன்படுத்தப்படும் மாதிரியானது குவாண்டம் பிட் அல்லது "குபிட்" அடிப்படையிலான குவாண்டம் சர்க்யூட் ஆகும், இது கிளாசிக்கல் கம்ப்யூட்டேஷனில் பிட்டுக்கு ஓரளவு ஒத்ததாகும். ஒரு குவிட் 1 அல்லது 0 குவாண்டம் நிலையில் இருக்கலாம் அல்லது 1 மற்றும் 0 நிலைகளின் சூப்பர் போசிஷனில் இருக்கலாம். இருப்பினும், அதை அளவிடும் போது, அது எப்போதும் 0 அல்லது 1 ஆகும்; இரண்டு விளைவுகளின் நிகழ்தகவு, அளவீட்டுக்கு முன் உடனடியாக குவிட்டின் குவாண்டம் நிலையைப் பொறுத்தது.
இயற்பியல் குவாண்டம் கணினியை உருவாக்குவதற்கான முயற்சிகள் உயர்தர குவிட்களை உருவாக்குவதை நோக்கமாகக் கொண்ட டிரான்ஸ்மான்கள், அயன் ட்ராப்கள் மற்றும் இடவியல் குவாண்டம் கணினிகள் போன்ற தொழில்நுட்பங்களில் கவனம் செலுத்துகிறது.: 2–13 முழு குவாண்டம் கணினியின் கணினி மாதிரியைப் பொறுத்து இந்த குவிட்கள் வித்தியாசமாக வடிவமைக்கப்படலாம். குவாண்டம் லாஜிக் கேட்ஸ், குவாண்டம் அனீலிங் அல்லது அடியாபாடிக் குவாண்டம் கம்ப்யூட்டேஷன். பயனுள்ள குவாண்டம் கணினிகளை உருவாக்குவதற்கு தற்போது பல குறிப்பிடத்தக்க தடைகள் உள்ளன. குறிப்பாக குவிட்களின் குவாண்டம் நிலைகளை பராமரிப்பது கடினம், ஏனெனில் அவை குவாண்டம் டிகோஹரன்ஸ் மற்றும் நிலை நம்பகத்தன்மையால் பாதிக்கப்படுகின்றன. எனவே குவாண்டம் கணினிகளுக்கு பிழை திருத்தம் தேவைப்படுகிறது.
கிளாசிக்கல் கம்ப்யூட்டரால் தீர்க்கப்படக்கூடிய எந்தவொரு கணக்கீட்டுச் சிக்கலையும் குவாண்டம் கணினியால் தீர்க்க முடியும். மாறாக, குவாண்டம் கம்ப்யூட்டரால் தீர்க்கப்படக்கூடிய எந்தவொரு சிக்கலையும் கிளாசிக்கல் கம்ப்யூட்டராலும் தீர்க்க முடியும், குறைந்தபட்சம் கொள்கையளவில் போதுமான நேரம் கொடுக்கப்பட்டுள்ளது. வேறு வார்த்தைகளில் கூறுவதானால், குவாண்டம் கணினிகள் சர்ச்-டூரிங் ஆய்வறிக்கைக்குக் கீழ்ப்படிகின்றன. இதன் பொருள், குவாண்டம் கணினிகள் கம்ப்யூட்டல் அடிப்படையில் கிளாசிக்கல் கம்ப்யூட்டர்களை விட கூடுதல் நன்மைகளை வழங்கவில்லை என்றாலும், சில சிக்கல்களுக்கான குவாண்டம் அல்காரிதம்கள் தொடர்புடைய கிளாசிக்கல் அல்காரிதம்களைக் காட்டிலும் குறைவான நேர சிக்கல்களைக் கொண்டுள்ளன. குறிப்பிடத்தக்க வகையில், எந்த ஒரு கிளாசிக்கல் கம்ப்யூட்டராலும் தீர்க்க முடியாத சில பிரச்சனைகளை குவாண்டம் கம்ப்யூட்டர்கள் விரைவாக தீர்க்க முடியும் என்று நம்பப்படுகிறது - இது "குவாண்டம் மேலாதிக்கம்" என்று அழைக்கப்படுகிறது. குவாண்டம் கணினிகள் தொடர்பான சிக்கல்களின் கணக்கீட்டு சிக்கலான ஆய்வு குவாண்டம் சிக்கலான கோட்பாடு என அழைக்கப்படுகிறது.
குவாண்டம் கணக்கீட்டின் தற்போதைய மாதிரியானது, குவாண்டம் லாஜிக் கேட்களின் நெட்வொர்க்கின் அடிப்படையில் கணக்கீட்டை விவரிக்கிறது. இந்த மாதிரியை ஒரு கிளாசிக்கல் சர்க்யூட்டின் சுருக்க நேரியல்-இயற்கணித பொதுமைப்படுத்தலாக கருதலாம். இந்த சர்க்யூட் மாடல் குவாண்டம் இயக்கவியலுக்குக் கீழ்ப்படிவதால், இந்த சுற்றுகளை திறம்பட இயக்கும் திறன் கொண்ட குவாண்டம் கணினி உடல் ரீதியாக உணரக்கூடியதாக நம்பப்படுகிறது.
n பிட் தகவல்களைக் கொண்ட நினைவகம் 2^n சாத்தியமான நிலைகளைக் கொண்டுள்ளது. அனைத்து நினைவக நிலைகளையும் குறிக்கும் ஒரு திசையன் இவ்வாறு 2^n உள்ளீடுகளைக் கொண்டுள்ளது (ஒவ்வொரு மாநிலத்திற்கும் ஒன்று). இந்த திசையன் ஒரு நிகழ்தகவு திசையனாக பார்க்கப்படுகிறது மற்றும் நினைவகம் ஒரு குறிப்பிட்ட நிலையில் இருப்பதைக் குறிக்கிறது.
கிளாசிக்கல் பார்வையில், ஒரு உள்ளீடு 1 இன் மதிப்பைக் கொண்டிருக்கும் (அதாவது இந்த நிலையில் இருப்பதற்கான 100% நிகழ்தகவு) மற்ற எல்லா உள்ளீடுகளும் பூஜ்ஜியமாக இருக்கும்.
குவாண்டம் இயக்கவியலில், நிகழ்தகவு திசையன்களை அடர்த்தி ஆபரேட்டர்களுக்குப் பொதுமைப்படுத்தலாம். குவாண்டம் நிலை வெக்டார் ஃபார்மலிசம் பொதுவாக முதலில் அறிமுகப்படுத்தப்படுகிறது, ஏனெனில் இது கருத்தியல் ரீதியாக எளிமையானது, மேலும் முழு குவாண்டம் அமைப்பும் அறியப்படும் தூய நிலைகளுக்கு அடர்த்தி அணி முறைமுறைக்கு பதிலாக இதைப் பயன்படுத்தலாம்.
குவாண்டம் கணக்கீடு என்பது குவாண்டம் லாஜிக் வாயில்கள் மற்றும் அளவீடுகளின் வலையமைப்பாக விவரிக்கப்படலாம். இருப்பினும், எந்த அளவீடும் குவாண்டம் கணக்கீட்டின் முடிவிற்கு ஒத்திவைக்கப்படலாம், இருப்பினும் இந்த ஒத்திவைப்பு ஒரு கணக்கீட்டு செலவில் வரலாம், எனவே பெரும்பாலான குவாண்டம் சுற்றுகள் குவாண்டம் லாஜிக் கேட்கள் மற்றும் அளவீடுகள் இல்லாத பிணையத்தை மட்டுமே சித்தரிக்கின்றன.
எந்தவொரு குவாண்டம் கணக்கீடும் (மேலே உள்ள முறைமையில், n குவிட்களுக்கு மேல் உள்ள எந்த யூனிட்டரி மேட்ரிக்ஸும்) ஒரு சிறிய குடும்ப வாயில்களில் இருந்து குவாண்டம் லாஜிக் கேட்களின் வலையமைப்பாகக் குறிப்பிடப்படலாம். இந்த கட்டுமானத்தை செயல்படுத்தும் கேட் குடும்பத்தின் தேர்வு உலகளாவிய கேட் செட் என அழைக்கப்படுகிறது, ஏனெனில் அத்தகைய சுற்றுகளை இயக்கக்கூடிய ஒரு கணினி உலகளாவிய குவாண்டம் கணினி ஆகும். அத்தகைய ஒரு பொதுவான தொகுப்பில் அனைத்து ஒற்றை-குவிட் வாயில்கள் மற்றும் மேலே இருந்து CNOT கேட் ஆகியவை அடங்கும். இதன் பொருள், CNOT வாயில்களுடன் ஒற்றை-குவிட் வாயில்களின் வரிசையை செயல்படுத்துவதன் மூலம் எந்த குவாண்டம் கணக்கீடும் செய்யப்படலாம். இந்த கேட் செட் எல்லையற்றது என்றாலும், சோலோவே-கிடேவ் தேற்றத்திற்கு மேல்முறையீடு செய்வதன் மூலம் அதை வரையறுக்கப்பட்ட வாயில் அமைப்பால் மாற்றலாம்.
குவாண்டம் வழிமுறைகள்
குவாண்டம் அல்காரிதம்களை கண்டுபிடிப்பதில் முன்னேற்றம் பொதுவாக இந்த குவாண்டம் சர்க்யூட் மாதிரியில் கவனம் செலுத்துகிறது, இருப்பினும் குவாண்டம் அடியாபாடிக் அல்காரிதம் போன்ற விதிவிலக்குகள் உள்ளன. குவாண்டம் அல்காரிதம்கள் தொடர்புடைய கிளாசிக்கல் அல்காரிதம்களில் அடையப்படும் வேகத்தின் வகையால் தோராயமாக வகைப்படுத்தலாம்.
நன்கு அறியப்பட்ட கிளாசிக்கல் அல்காரிதம் மீது பல்லுறுப்புக்கோவை வேகத்தை விட அதிகமாக வழங்கும் குவாண்டம் அல்காரிதம்களில் ஃபேக்டரிங்கிற்கான ஷோரின் அல்காரிதம் மற்றும் தனித்த மடக்கைகளை கணக்கிடுவதற்கான தொடர்புடைய குவாண்டம் அல்காரிதம்கள், பெல்லின் சமன்பாட்டைத் தீர்ப்பது மற்றும் பொதுவாக மறைக்கப்பட்ட துணைக் குழுவின் சிக்கலைத் தீர்ப்பது ஆகியவை அடங்கும். இந்த அல்காரிதம்கள் குவாண்டம் ஃபோரியர் உருமாற்றத்தின் ஆதிநிலையைச் சார்ந்தது. சமமான வேகமான கிளாசிக்கல் அல்காரிதத்தை கண்டுபிடிக்க முடியாது என்பதைக் காட்டும் கணித ஆதாரம் எதுவும் கண்டறியப்படவில்லை, இருப்பினும் இது சாத்தியமில்லாததாகக் கருதப்படுகிறது. குவாண்டம் வினவல் மாதிரியில் உள்ளது, இது ஒரு தடைசெய்யப்பட்ட மாதிரியாகும், அங்கு குறைந்த வரம்புகள் நிரூபிக்க மிகவும் எளிதானவை மற்றும் நடைமுறைச் சிக்கல்களுக்கான வேகத்தை மாற்ற வேண்டிய அவசியமில்லை.
வேதியியல் மற்றும் திட-நிலை இயற்பியலில் இருந்து குவாண்டம் இயற்பியல் செயல்முறைகளின் உருவகப்படுத்துதல், சில ஜோன்ஸ் பல்லுறுப்புக்கோவைகளின் தோராயம் மற்றும் சமன்பாடுகளின் நேரியல் அமைப்புகளுக்கான குவாண்டம் அல்காரிதம் உள்ளிட்ட பிற சிக்கல்கள் குவாண்டம் அல்காரிதம்கள் சூப்பர்-பாலினோமியல் ஸ்பீட்அப்களை வழங்குகின்றன. இந்த சிக்கல்கள் BQP-முழுமையாக இருப்பதால், அவற்றுக்கான சமமான வேகமான கிளாசிக்கல் அல்காரிதம் எந்த குவாண்டம் அல்காரிதமும் ஒரு சூப்பர்-பாலினோமியல் வேகத்தை அளிக்காது என்பதைக் குறிக்கிறது, இது சாத்தியமில்லை என்று நம்பப்படுகிறது.
சில குவாண்டம் அல்காரிதம்கள், க்ரோவரின் அல்காரிதம் மற்றும் அலைவீச்சு பெருக்கம் போன்றவை, தொடர்புடைய கிளாசிக்கல் அல்காரிதம்களை விட பல்லுறுப்புக்கோவை வேகத்தை அளிக்கின்றன. இந்த அல்காரிதம்கள் ஒப்பீட்டளவில் மிதமான இருபடி வேகத்தை அளித்தாலும், அவை பரவலாகப் பொருந்தும், இதனால் பலவிதமான சிக்கல்களுக்கு வேகத்தை அளிக்கிறது. வினவல் சிக்கல்களுக்கான நிரூபிக்கக்கூடிய குவாண்டம் ஸ்பீட்அப்களின் பல எடுத்துக்காட்டுகள் க்ரோவரின் அல்காரிதத்துடன் தொடர்புடையவை, இதில் ப்ராஸார்ட், ஹோயர் மற்றும் டூ-டு-ஒன் செயல்பாடுகளில் மோதல்களைக் கண்டறிவதற்கான டாப்பின் அல்காரிதம் ஆகியவை அடங்கும், இது க்ரோவரின் வழிமுறையைப் பயன்படுத்துகிறது மரங்கள், இது தேடல் சிக்கலின் மாறுபாடு ஆகும்.
கிரிப்டோகிராஃபிக் பயன்பாடுகள்
குவாண்டம் கணக்கீட்டின் குறிப்பிடத்தக்க பயன்பாடானது தற்போது பயன்பாட்டில் உள்ள கிரிப்டோகிராஃபிக் அமைப்புகளின் மீதான தாக்குதல்கள் ஆகும். பொது விசை கிரிப்டோகிராஃபிக் அமைப்புகளின் பாதுகாப்பை உறுதிப்படுத்தும் முழு எண் காரணியாக்கம், பெரிய முழு எண்களுக்கு ஒரு சாதாரண கணினியுடன் கணக்கீடு ரீதியாக சாத்தியமற்றது என்று நம்பப்படுகிறது, அவை சில பகா எண்களின் (எ.கா., இரண்டு 300-இலக்க பகா எண்களின் தயாரிப்புகள்). ஒப்பிடுகையில், ஒரு குவாண்டம் கணினி அதன் காரணிகளைக் கண்டறிய ஷோரின் அல்காரிதத்தைப் பயன்படுத்தி இந்த சிக்கலை திறமையாக தீர்க்க முடியும். இந்த திறன் ஒரு குவாண்டம் கணினியை இன்று பயன்பாட்டில் உள்ள பல கிரிப்டோகிராஃபிக் அமைப்புகளை உடைக்க அனுமதிக்கும், அதாவது சிக்கலைத் தீர்ப்பதற்கு ஒரு பல்லுறுப்புக்கோவை நேரம் (முழு எண்ணின் இலக்கங்களின் எண்ணிக்கையில்) அல்காரிதம் இருக்கும். குறிப்பாக, பெரும்பாலான பிரபலமான பொது விசை மறைக்குறியீடுகள் முழு எண்களை காரணியாக்குவதில் உள்ள சிரமம் அல்லது தனித்துவமான மடக்கைச் சிக்கலை அடிப்படையாகக் கொண்டவை, இவை இரண்டும் ஷோரின் அல்காரிதம் மூலம் தீர்க்கப்படும். குறிப்பாக, RSA, Diffie–Hellman, மற்றும் elliptic curve Diffie–Hellman அல்காரிதம்கள் உடைக்கப்படலாம். பாதுகாப்பான இணையப் பக்கங்கள், மறைகுறியாக்கப்பட்ட மின்னஞ்சல் மற்றும் பல வகையான தரவுகளைப் பாதுகாக்க இவை பயன்படுத்தப்படுகின்றன. இவற்றை உடைப்பது மின்னணு தனியுரிமை மற்றும் பாதுகாப்பிற்கு குறிப்பிடத்தக்க மாற்றங்களைக் கொண்டிருக்கும்.
குவாண்டம் அல்காரிதம்களுக்கு எதிராக பாதுகாப்பாக இருக்கக்கூடிய கிரிப்டோகிராஃபிக் அமைப்புகளை அடையாளம் காண்பது, குவாண்டம்-க்கு பிந்தைய குறியாக்கவியல் துறையில் தீவிரமாக ஆய்வு செய்யப்பட்ட தலைப்பு. சில பொது-விசை வழிமுறைகள் முழு எண் காரணியாக்கம் மற்றும் தனித்துவமான மடக்கைச் சிக்கல்களைத் தவிர மற்ற சிக்கல்களை அடிப்படையாகக் கொண்டவை, இதில் ஷோரின் அல்காரிதம் பொருந்தும், குறியீட்டு கோட்பாட்டில் உள்ள சிக்கலை அடிப்படையாகக் கொண்ட McEliece கிரிப்டோசிஸ்டம் போன்றவை. லட்டு அடிப்படையிலான கிரிப்டோசிஸ்டம்களும் குவாண்டம் கணினிகளால் உடைக்கப்படுவதில்லை, மேலும் பல லட்டு அடிப்படையிலான கிரிப்டோசிஸ்டம்களை உடைக்கும் டைஹெட்ரல் மறைக்கப்பட்ட துணைக்குழு சிக்கலைத் தீர்ப்பதற்கான பல்லுறுப்புக்கோவை நேர வழிமுறையைக் கண்டறிவது நன்கு ஆய்வு செய்யப்பட்ட திறந்த பிரச்சனையாகும். ப்ரூட் ஃபோர்ஸ் மூலம் சமச்சீர் (ரகசிய விசை) அல்காரிதத்தை உடைக்க க்ரோவரின் அல்காரிதத்தைப் பயன்படுத்துவதற்கு, கிளாசிக்கல் வழக்கில் தோராயமாக 2n உடன் ஒப்பிடும்போது, அடிப்படையான கிரிப்டோகிராஃபிக் அல்காரிதத்தின் தோராயமாக 2n/2 அழைப்புகளுக்கு சமமான நேரம் தேவைப்படுகிறது, அதாவது முக்கிய நீளம் சமச்சீர் என்று நிரூபிக்கப்பட்டுள்ளது. திறம்பட பாதியாக: AES-256 கிளாசிக்கல் ப்ரூட்-ஃபோர்ஸ் தேடலுக்கு எதிராக குரோவரின் வழிமுறையைப் பயன்படுத்தி தாக்குதலுக்கு எதிராக அதே பாதுகாப்பைக் கொண்டிருக்கும் (முக்கிய அளவைப் பார்க்கவும்).
குவாண்டம் குறியாக்கவியல் பொது விசை குறியாக்கவியலின் சில செயல்பாடுகளை நிறைவேற்றும். குவாண்டம் அடிப்படையிலான கிரிப்டோகிராஃபிக் அமைப்புகள், குவாண்டம் ஹேக்கிங்கிற்கு எதிரான பாரம்பரிய அமைப்புகளை விட மிகவும் பாதுகாப்பானதாக இருக்கும்.
தேடல் சிக்கல்கள்
ஒரு பல்லுறுப்புக்கோவை குவாண்டம் வேகத்தை ஒப்புக்கொள்வதில் உள்ள சிக்கலுக்கு மிகவும் நன்கு அறியப்பட்ட உதாரணம் கட்டமைக்கப்படாத தேடல், தரவுத்தளத்தில் உள்ள n உருப்படிகளின் பட்டியலிலிருந்து குறிக்கப்பட்ட உருப்படியைக் கண்டறிதல். தரவுத்தளத்திற்கான O(sqrt(n)) வினவல்களைப் பயன்படுத்தி, கிளாசிக்கல் அல்காரிதம்களுக்குத் தேவைப்படும் ஒமேகா(n) வினவல்களை விட இருபடியாகக் குறைவாக இருக்கும் க்ரோவரின் அல்காரிதம் மூலம் இதைத் தீர்க்க முடியும். இந்த விஷயத்தில், நன்மை நிரூபிக்கக்கூடியது மட்டுமல்ல, உகந்ததும் ஆகும்: க்ரோவரின் அல்காரிதம், எத்தனையோ ஆரக்கிள் தேடல்களுக்கு தேவையான உறுப்பைக் கண்டறிவதற்கான அதிகபட்ச சாத்தியக்கூறுகளை வழங்குகிறது என்று காட்டப்பட்டுள்ளது.
குரோவரின் அல்காரிதம் மூலம் தீர்க்கப்படக்கூடிய சிக்கல்கள் பின்வரும் பண்புகளைக் கொண்டுள்ளன:
- சாத்தியமான பதில்களின் சேகரிப்பில் தேடக்கூடிய அமைப்பு இல்லை,
- சரிபார்ப்பதற்கான சாத்தியமான பதில்களின் எண்ணிக்கை, அல்காரிதத்திற்கான உள்ளீடுகளின் எண்ணிக்கை மற்றும்
- ஒவ்வொரு உள்ளீட்டையும் மதிப்பிட்டு அது சரியான விடையா என்பதைத் தீர்மானிக்கும் பூலியன் செயல்பாடு உள்ளது
இந்த அனைத்து பண்புகளிலும் உள்ள சிக்கல்களுக்கு, குவாண்டம் கணினியில் க்ரோவரின் அல்காரிதம் இயங்கும் நேரம், கிளாசிக்கல் அல்காரிதம்களின் நேரியல் அளவிடுதலுக்கு மாறாக உள்ளீடுகளின் எண்ணிக்கையின் (அல்லது தரவுத்தளத்தில் உள்ள உறுப்புகள்) வர்க்க மூலமாக அளவிடப்படுகிறது. க்ரோவரின் அல்காரிதம் பயன்படுத்தப்படக்கூடிய பொதுவான வகை சிக்கல்கள் பூலியன் திருப்தித்தன்மை சிக்கல் ஆகும், இதில் அல்காரிதம் மீண்டும் செயல்படும் தரவுத்தளமானது சாத்தியமான அனைத்து பதில்களும் ஆகும். ஒரு உதாரணம் மற்றும் (சாத்தியமான) பயன்பாடு கடவுச்சொல் கிராக்கர் ஆகும், இது கடவுச்சொல்லை யூகிக்க முயற்சிக்கிறது. டிரிபிள் டிஇஎஸ் மற்றும் ஏஇஎஸ் போன்ற சமச்சீர் மறைக்குறியீடுகள் இந்த வகையான தாக்குதலுக்கு குறிப்பாக பாதிக்கப்படக்கூடியவை.
குவாண்டம் அமைப்புகளின் உருவகப்படுத்துதல்
வேதியியலும் நானோ தொழில்நுட்பமும் குவாண்டம் அமைப்புகளைப் புரிந்துகொள்வதை நம்பியிருப்பதாலும், அத்தகைய அமைப்புகளை பாரம்பரிய முறையில் திறமையான முறையில் உருவகப்படுத்துவது சாத்தியமற்றது என்பதாலும், குவாண்டம் கம்ப்யூட்டிங்கின் மிக முக்கியமான பயன்பாடுகளில் குவாண்டம் சிமுலேஷன் ஒன்றாக இருக்கும் என்று பலர் நம்புகிறார்கள். குவாண்டம் உருவகப்படுத்துதல், ஒரு மோதலில் உள்ள எதிர்வினைகள் போன்ற அசாதாரண நிலைகளில் அணுக்கள் மற்றும் துகள்களின் நடத்தையை உருவகப்படுத்தவும் பயன்படுத்தப்படலாம். குவாண்டம் உருவகப்படுத்துதல்கள் இரட்டை பிளவு பரிசோதனையில் துகள்கள் மற்றும் புரோட்டான்களின் எதிர்கால பாதைகளை கணிக்க பயன்படுத்தப்படலாம்.[சான்று தேவை] வருடாந்திர உலகளாவிய ஆற்றல் வெளியீட்டில் சுமார் 2% நைட்ரஜனை நிலைநிறுத்துவதற்காக விவசாயத்தில் ஹேபர் செயல்முறைக்கு அம்மோனியாவை உற்பத்தி செய்ய பயன்படுத்தப்படுகிறது. உரத் தொழிலில் இயற்கையான உயிரினங்களும் அம்மோனியாவை உற்பத்தி செய்கின்றன. உற்பத்தியை அதிகரிக்கும் இந்த செயல்முறையைப் புரிந்துகொள்ள குவாண்டம் உருவகப்படுத்துதல்கள் பயன்படுத்தப்படலாம்.
குவாண்டம் அனீலிங் மற்றும் அடியாபாட்டிக் ஆப்டிமைசேஷன்
குவாண்டம் அனீலிங் அல்லது அடியாபாட்டிக் குவாண்டம் கம்ப்யூடேஷன் கணக்கீடுகளை மேற்கொள்வதற்கு அடியாபாட்டிக் தேற்றத்தை நம்பியுள்ளது. ஒரு எளிய ஹாமில்டோனியனுக்கான ஒரு அமைப்பு தரை நிலையில் வைக்கப்படுகிறது, இது மெதுவாக மிகவும் சிக்கலான ஹாமில்டோனியனாக உருவாகிறது, அதன் தரை நிலை கேள்விக்குரிய பிரச்சனைக்கான தீர்வைக் குறிக்கிறது. அடியாபாடிக் தேற்றம், பரிணாமம் போதுமான அளவு மெதுவாக இருந்தால், செயல்முறையின் மூலம் அமைப்பு எல்லா நேரங்களிலும் அதன் தரை நிலையில் இருக்கும் என்று கூறுகிறது.
இயந்திர கற்றல்
கிளாசிக்கல் கம்ப்யூட்டர்களால் திறமையாக உற்பத்தி செய்ய முடியாத வெளியீடுகளை குவாண்டம் கம்ப்யூட்டர்கள் உருவாக்க முடியும் என்பதாலும், குவாண்டம் கம்ப்யூட்டேஷன் அடிப்படையில் நேரியல் இயற்கணிதம் என்பதாலும், இயந்திர கற்றல் பணிகளை விரைவுபடுத்தக்கூடிய குவாண்டம் அல்காரிதம்களை உருவாக்குவதில் சிலர் நம்பிக்கை தெரிவிக்கின்றனர். எடுத்துக்காட்டாக, சமன்பாடுகளின் நேரியல் அமைப்புகளுக்கான குவாண்டம் அல்காரிதம் அல்லது "HHL அல்காரிதம்", அதன் கண்டுபிடிப்பாளர்களான ஹாரோ, ஹாசிடிம் மற்றும் லாயிட் ஆகியோரின் பெயரால் பெயரிடப்பட்டது, இது கிளாசிக்கல் சகாக்களை விட வேகத்தை வழங்குவதாக நம்பப்படுகிறது. சில ஆராய்ச்சி குழுக்கள் சமீபத்தில் போல்ட்ஸ்மேன் இயந்திரங்கள் மற்றும் ஆழமான நரம்பியல் நெட்வொர்க்குகளுக்கு பயிற்சி அளிக்க குவாண்டம் அனீலிங் வன்பொருளைப் பயன்படுத்துவதை ஆராய்ந்தன.
கணக்கீட்டு உயிரியல்
கணக்கீட்டு உயிரியல் துறையில், குவாண்டம் கம்ப்யூட்டிங் பல உயிரியல் சிக்கல்களைத் தீர்ப்பதில் பெரும் பங்கு வகித்துள்ளது. நன்கு அறியப்பட்ட எடுத்துக்காட்டுகளில் ஒன்று கணக்கீட்டு மரபியல் மற்றும் மனித மரபணுவை வரிசைப்படுத்துவதற்கான நேரத்தை கணினி எவ்வாறு வெகுவாகக் குறைத்தது. கணக்கீட்டு உயிரியல் எவ்வாறு பொதுவான தரவு மாடலிங் மற்றும் சேமிப்பகத்தைப் பயன்படுத்துகிறது என்பதைக் கருத்தில் கொண்டு, கணக்கீட்டு உயிரியலுக்கான அதன் பயன்பாடுகளும் எழும் என்று எதிர்பார்க்கப்படுகிறது.
கணினி உதவி மருந்து வடிவமைப்பு மற்றும் உற்பத்தி வேதியியல்
ஆழ்ந்த உற்பத்தி வேதியியல் மாதிரிகள் மருந்து கண்டுபிடிப்பை விரைவுபடுத்துவதற்கான சக்திவாய்ந்த கருவிகளாக வெளிப்படுகின்றன. இருப்பினும், சாத்தியமான அனைத்து மருந்து போன்ற மூலக்கூறுகளின் கட்டமைப்பு இடத்தின் மகத்தான அளவு மற்றும் சிக்கலானது குறிப்பிடத்தக்க தடைகளை ஏற்படுத்துகிறது, இது எதிர்காலத்தில் குவாண்டம் கணினிகளால் கடக்கப்படலாம். குவாண்டம் கணினிகள் சிக்கலான குவாண்டம் பல-உடல் பிரச்சனைகளைத் தீர்ப்பதற்கு இயற்கையாகவே நல்லது, இதனால் குவாண்டம் வேதியியல் சம்பந்தப்பட்ட பயன்பாடுகளில் கருவியாக இருக்கலாம். எனவே, குவாண்டம் GANகள் உட்பட குவாண்டம்-மேம்படுத்தப்பட்ட உற்பத்தி மாதிரிகள் இறுதியில் இறுதி உருவாக்க வேதியியல் வழிமுறைகளாக உருவாக்கப்படலாம் என்று எதிர்பார்க்கலாம். குவாண்டம் மாறுபாடு ஆட்டோஎன்கோடர்கள் போன்ற ஆழமான கிளாசிக்கல் நெட்வொர்க்குகளுடன் குவாண்டம் கம்ப்யூட்டர்களை இணைக்கும் ஹைப்ரிட் ஆர்கிடெக்சர்கள், வணிக ரீதியாக கிடைக்கக்கூடிய அனீலர்களில் ஏற்கனவே பயிற்சியளிக்கப்பட்டு, புதிய மருந்து போன்ற மூலக்கூறு கட்டமைப்புகளை உருவாக்கப் பயன்படுகிறது.
இயற்பியல் குவாண்டம் கணினிகளை உருவாக்குதல்
சவால்கள்
பெரிய அளவிலான குவாண்டம் கணினியை உருவாக்குவதில் பல தொழில்நுட்ப சவால்கள் உள்ளன. இயற்பியலாளர் டேவிட் டிவின்சென்சோ ஒரு நடைமுறை குவாண்டம் கணினிக்கான இந்த தேவைகளை பட்டியலிட்டுள்ளார்:
- குவிட்களின் எண்ணிக்கையை அதிகரிக்க உடல் ரீதியாக அளவிடக்கூடியது,
- தன்னிச்சையான மதிப்புகளுக்கு துவக்கக்கூடிய Qubits,
- டிகோஹெரன்ஸ் நேரத்தை விட வேகமான குவாண்டம் வாயில்கள்,
- யுனிவர்சல் கேட் செட்,
- எளிதாக படிக்கக்கூடிய Qubits.
குவாண்டம் கணினிகளுக்கான உதிரிபாகங்களை வழங்குவதும் மிகவும் கடினம். கூகுள் மற்றும் ஐபிஎம் போன்ற பல குவாண்டம் கம்ப்யூட்டர்களுக்கு ஹீலியம்-3, அணு ஆராய்ச்சி துணை தயாரிப்பு மற்றும் ஜப்பானிய நிறுவனமான கோக்ஸ் கோ மட்டுமே தயாரித்த சிறப்பு சூப்பர் கண்டக்டிங் கேபிள்கள் தேவை.
மல்டி-குபிட் அமைப்புகளின் கட்டுப்பாட்டிற்கு, இறுக்கமான மற்றும் உறுதியான நேரத் தீர்மானத்துடன் கூடிய அதிக எண்ணிக்கையிலான மின் சமிக்ஞைகளின் உருவாக்கம் மற்றும் ஒருங்கிணைப்பு தேவைப்படுகிறது. இது குவாண்டம் கன்ட்ரோலர்களின் வளர்ச்சிக்கு வழிவகுத்தது, இது குவிட்களுடன் இடைமுகத்தை செயல்படுத்துகிறது. வளர்ந்து வரும் குவிட்களை ஆதரிக்க இந்த அமைப்புகளை அளவிடுவது கூடுதல் சவாலாகும்.
குவாண்டம் டிகோஹெரன்ஸ்
குவாண்டம் கணினிகளை உருவாக்குவதில் உள்ள மிகப்பெரிய சவால்களில் ஒன்று குவாண்டம் டிகோஹரன்ஸைக் கட்டுப்படுத்துவது அல்லது அகற்றுவது. வெளிப்புற உலகத்துடனான தொடர்புகள் அமைப்பு சிதைவதற்கு காரணமாக இருப்பதால், அதன் சூழலில் இருந்து கணினியை தனிமைப்படுத்துவதை இது வழக்கமாகக் குறிக்கிறது. இருப்பினும், சீர்குலைவின் பிற ஆதாரங்களும் உள்ளன. எடுத்துக்காட்டுகளில் குவாண்டம் கேட்கள் மற்றும் க்யூபிட்களை செயல்படுத்தப் பயன்படுத்தப்படும் இயற்பியல் அமைப்பின் லேடிஸ் அதிர்வுகள் மற்றும் பின்னணி தெர்மோநியூக்ளியர் ஸ்பின் ஆகியவை அடங்கும். டிகோஹெரன்ஸ் என்பது மீளமுடியாதது, ஏனெனில் இது திறம்பட ஒன்றுபடாதது, மேலும் தவிர்க்கப்படாவிடில் பொதுவாக இது மிகவும் கட்டுப்படுத்தப்பட வேண்டிய ஒன்று. குறிப்பாக வேட்பாளர் அமைப்புகளுக்கான டிகோஹரன்ஸ் நேரங்கள், குறுக்குவெட்டு தளர்வு நேரம் T2 (என்எம்ஆர் மற்றும் எம்ஆர்ஐ தொழில்நுட்பத்திற்கு, டிஃபேசிங் நேரம் என்றும் அழைக்கப்படுகிறது), பொதுவாக குறைந்த வெப்பநிலையில் நானோ விநாடிகள் மற்றும் வினாடிகளுக்கு இடையில் இருக்கும். தற்போது, சில குவாண்டம் கம்ப்யூட்டர்கள் குறிப்பிடத்தக்க சிதைவைத் தடுக்க அவற்றின் குவிட்களை 20 மில்லிகெல்வினுக்கு (பொதுவாக நீர்த்த குளிர்சாதனப் பெட்டியைப் பயன்படுத்துகிறது) குளிர்விக்க வேண்டும். காஸ்மிக் கதிர்கள் போன்ற அயனியாக்கும் கதிர்வீச்சு சில வினாடிகளுக்குள் சிதைவை ஏற்படுத்தும் என்று 2020 ஆம் ஆண்டு ஆய்வு வாதிடுகிறது.
இதன் விளைவாக, நேரத்தைச் செலவழிக்கும் பணிகள் சில குவாண்டம் அல்காரிதங்களைச் செயலிழக்கச் செய்யலாம், ஏனெனில் போதுமான நீண்ட காலத்திற்கு குவிட்களின் நிலையைப் பராமரிப்பது இறுதியில் சூப்பர்போசிஷன்களை சிதைக்கும்.
இந்த சிக்கல்கள் ஆப்டிகல் அணுகுமுறைகளுக்கு மிகவும் கடினமானவை, ஏனெனில் நேர அளவுகள் குறைவான அளவின் வரிசைகள் மற்றும் அவற்றைக் கடக்க அடிக்கடி மேற்கோள் காட்டப்பட்ட அணுகுமுறை ஆப்டிகல் பல்ஸ் வடிவமைத்தல் ஆகும். பிழை விகிதங்கள் பொதுவாக இயக்க நேரத்தின் விகிதத்திற்கு விகிதாசாரமாக இருக்கும், எனவே எந்தவொரு செயலும் டிகோஹரன்ஸ் நேரத்தை விட மிக விரைவாக முடிக்கப்பட வேண்டும்.
குவாண்டம் த்ரெஷோல்ட் தேற்றத்தில் விவரிக்கப்பட்டுள்ளபடி, பிழை விகிதம் போதுமான அளவு சிறியதாக இருந்தால், பிழைகள் மற்றும் டிகோஹெரன்ஸை அடக்குவதற்கு குவாண்டம் பிழை திருத்தத்தைப் பயன்படுத்த முடியும் என்று கருதப்படுகிறது. டிகோஹெரன்ஸ் அறிமுகப்படுத்தியதை விட, பிழை திருத்தும் திட்டமானது பிழைகளை விரைவாகச் சரிசெய்தால், மொத்தக் கணக்கீட்டு நேரத்தை டிகோஹரன்ஸ் நேரத்தை விட அதிகமாக இருக்க இது அனுமதிக்கிறது. ஒவ்வொரு வாயிலிலும் தவறு-சகிப்புத்தன்மையைக் கணக்கிடுவதற்குத் தேவையான பிழை விகிதத்திற்கு அடிக்கடி மேற்கோள் காட்டப்படும் எண்ணிக்கை 10−3 ஆகும், சத்தம் டிப்போலரைசிங் என்று கருதுகிறது.
இந்த அளவிடுதல் நிபந்தனையை பூர்த்தி செய்வது பரந்த அளவிலான அமைப்புகளுக்கு சாத்தியமாகும். எவ்வாறாயினும், பிழை திருத்தத்தின் பயன்பாடு, தேவையான குவிட்களின் எண்ணிக்கையில் அதிக எண்ணிக்கையில் செலவைக் கொண்டுவருகிறது. ஷோரின் அல்காரிதத்தைப் பயன்படுத்தி முழு எண்களைக் கணக்கிடுவதற்குத் தேவையான எண் இன்னும் பல்லுறுப்புக்கோவையாக உள்ளது, மேலும் L மற்றும் L2 க்கு இடையில் இருப்பதாகக் கருதப்படுகிறது, இதில் L என்பது காரணியாக்கப்பட வேண்டிய எண்ணில் உள்ள இலக்கங்களின் எண்ணிக்கையாகும்; பிழை திருத்தும் வழிமுறைகள் இந்த எண்ணிக்கையை L இன் கூடுதல் காரணி மூலம் உயர்த்தும். 1000-பிட் எண்ணுக்கு, இது பிழை திருத்தம் இல்லாமல் சுமார் 104 பிட்களின் தேவையைக் குறிக்கிறது. பிழை திருத்தத்துடன், எண்ணிக்கை சுமார் 107 பிட்களாக உயரும். கணக்கீட்டு நேரம் சுமார் L2 அல்லது சுமார் 107 படிகள் மற்றும் 1 MHz இல், சுமார் 10 வினாடிகள்.
நிலையான லாஜிக் கேட்களை உருவாக்குவதற்கு பின்னல் கோட்பாட்டை நம்பி, எயான்கள், அரை-துகள்கள் இழைகளாகப் பயன்படுத்தப்படுகின்றன.
குவாண்டம் மேலாதிக்கம்
குவாண்டம் மேலாதிக்கம் என்பது ஜான் ப்ரெஸ்கில் என்பவரால் உருவாக்கப்பட்ட ஒரு வார்த்தையாகும், இது ஒரு நிரல்படுத்தக்கூடிய குவாண்டம் சாதனம் அதிநவீன கிளாசிக்கல் கணினிகளின் திறன்களுக்கு அப்பாற்பட்ட சிக்கலை தீர்க்க முடியும் என்பதை நிரூபிக்கும் பொறியியல் சாதனையைக் குறிக்கிறது. சிக்கல் பயனுள்ளதாக இருக்க வேண்டியதில்லை, எனவே சிலர் குவாண்டம் மேலாதிக்க சோதனையை ஒரு சாத்தியமான எதிர்கால அளவுகோலாக மட்டுமே பார்க்கிறார்கள்.
அக்டோபர் 2019 இல், கூகுள் AI குவாண்டம், நாசாவின் உதவியுடன், Sycamore குவாண்டம் கம்ப்யூட்டரில் 3,000,000 மடங்கு வேகமாக உச்சிமாநாட்டில் செய்யக்கூடிய கணக்கீடுகளைச் செய்வதன் மூலம் குவாண்டம் மேலாதிக்கத்தை அடைந்ததாகக் கூறியது. கணினி. இந்த கூற்று பின்னர் சவால் செய்யப்பட்டது: ஐபிஎம், உச்சிமாநாடு கோரப்பட்டதை விட மிக வேகமாக மாதிரிகளை செயல்படுத்த முடியும் என்று கூறியது, மேலும் குவாண்டம் மேலாதிக்கத்தை கோருவதற்குப் பயன்படுத்தப்படும் மாதிரி சிக்கலுக்கு ஆராய்ச்சியாளர்கள் சிறந்த வழிமுறைகளை உருவாக்கியுள்ளனர், இது கணிசமான குறைப்புகளை அளிக்கிறது அல்லது சைகாமோர் மற்றும் இடையே உள்ள இடைவெளியை மூடுகிறது. கிளாசிக்கல் சூப்பர் கம்ப்யூட்டர்கள்.
டிசம்பர் 2020 இல், USTC இல் உள்ள ஒரு குழு குவாண்டம் மேலாதிக்கத்தை நிரூபிக்க ஃபோட்டானிக் குவாண்டம் கணினி ஜியுஷாங் மூலம் 76 ஃபோட்டான்களில் ஒரு வகையான போசன் மாதிரியை செயல்படுத்தியது. ஒரு கிளாசிக்கல் சமகால சூப்பர் கம்ப்யூட்டருக்கு அவற்றின் குவாண்டம் செயலி 600 வினாடிகளில் உருவாக்கக்கூடிய மாதிரிகளின் எண்ணிக்கையை உருவாக்க 20 மில்லியன் ஆண்டுகள் கணக்கீட்டு நேரம் தேவைப்படும் என்று ஆசிரியர்கள் கூறுகின்றனர். நவம்பர் 16, 2021 அன்று குவாண்டம் கம்ப்யூட்டிங் உச்சிமாநாட்டில் ஐபிஎம் ஐபிஎம் ஈகிள் என்ற 127-குபிட் நுண்செயலியை வழங்கியது.
உடல் செயலாக்கங்கள்
ஒரு குவாண்டம் கம்ப்யூட்டரை உடல் ரீதியாக செயல்படுத்த, பல வேறுபட்ட வேட்பாளர்கள் பின்தொடர்கின்றனர், அவர்களில் (குபிட்களை உணரப் பயன்படுத்தப்படும் இயற்பியல் அமைப்பு மூலம் வேறுபடுகிறது):
- சூப்பர் கண்டக்டிங் குவாண்டம் கம்ப்யூட்டிங் (சிறிய சூப்பர் கண்டக்டிங் சர்க்யூட்கள், ஜோசப்சன் சந்திப்புகளால் செயல்படுத்தப்படும் குவிட்)
- சிக்கிய அயனி குவாண்டம் கணினி (சிக்கப்படும் அயனிகளின் உள் நிலையால் செயல்படுத்தப்படும் குவிட்)
- ஆப்டிகல் லட்டுகளில் நடுநிலை அணுக்கள் (ஆப்டிகல் லட்டியில் சிக்கியுள்ள நடுநிலை அணுக்களின் உள் நிலைகளால் செயல்படுத்தப்படும் குவிட்)
- குவாண்டம் டாட் கணினி, சுழல் அடிப்படையிலான (எ.கா. லாஸ்-டிவின்சென்சோ குவாண்டம் கணினி) (சிக்கப்படும் எலக்ட்ரான்களின் சுழல் நிலைகளால் கொடுக்கப்பட்ட குவிட்)
- குவாண்டம் டாட் கம்ப்யூட்டர், ஸ்பேஷியல் அடிப்படையிலான (இரட்டை குவாண்டம் டாட்டில் எலக்ட்ரான் நிலையில் கொடுக்கப்பட்ட குவிட்)
- பொறிக்கப்பட்ட குவாண்டம் கிணறுகளைப் பயன்படுத்தி குவாண்டம் கம்ப்யூட்டிங், இது அறை வெப்பநிலையில் செயல்படும் குவாண்டம் கணினிகளின் கட்டுமானத்தை கொள்கையளவில் செயல்படுத்தும்.
- இணைக்கப்பட்ட குவாண்டம் கம்பி (ஒரு ஜோடி குவாண்டம் கம்பிகளால் குவாண்டம் பாயின்ட் தொடர்புடன் இணைந்து செயல்படுத்தப்படும் குவிட்)
- அணுக்கரு காந்த அதிர்வு குவாண்டம் கணினி (NMRQC) கரைசலில் உள்ள மூலக்கூறுகளின் அணுக்கரு காந்த அதிர்வு மூலம் செயல்படுத்தப்படுகிறது, அங்கு குவிட்கள் கரைந்த மூலக்கூறுக்குள் அணுக்கரு சுழல்களால் வழங்கப்படுகின்றன மற்றும் ரேடியோ அலைகள் மூலம் ஆய்வு செய்யப்படுகின்றன.
- சாலிட்-ஸ்டேட் என்எம்ஆர் கேன் குவாண்டம் கம்ப்யூட்டர்கள் (சிலிக்கானில் உள்ள பாஸ்பரஸ் நன்கொடையாளர்களின் அணுக்கரு சுழல் நிலை மூலம் உணரப்பட்ட குவிட்)
- எலக்ட்ரான்கள்-ஆன்-ஹீலியம் குவாண்டம் கணினிகள் (குபிட் என்பது எலக்ட்ரான் சுழல்)
- குழி குவாண்டம் எலக்ட்ரோடைனமிக்ஸ் (CQED) (உயர்ந்த நுண்ணிய துவாரங்களுடன் இணைந்த அணுக்களின் உள் நிலையால் வழங்கப்படும் குவிட்)
- மூலக்கூறு காந்தம் (சுழல் நிலைகளால் கொடுக்கப்பட்ட குவிட்)
- ஃபுல்லெரீன் அடிப்படையிலான ESR குவாண்டம் கணினி (அணுக்கள் அல்லது ஃபுல்லெரீன்களில் பொதிந்துள்ள மூலக்கூறுகளின் மின்னணு சுழற்சியை அடிப்படையாகக் கொண்ட குவிட்)
- நான்-லீனியர் ஆப்டிகல் குவாண்டம் கம்ப்யூட்டர் (லீனியர் மற்றும் லீனியர் அல்லாத கூறுகள் மூலம் வெவ்வேறு ஒளி முறைகளின் நிலைகளை செயலாக்குவதன் மூலம் க்விட்கள் உணரப்படுகின்றன)
- லீனியர் ஆப்டிகல் குவாண்டம் கம்ப்யூட்டர் (கண்ணாடிகள், பீம் ஸ்ப்ளிட்டர்கள் மற்றும் ஃபேஸ் ஷிஃப்டர்கள் மூலம் லீனியர் உறுப்புகள் மூலம் ஒளியின் வெவ்வேறு முறைகளின் நிலைகளை செயலாக்குவதன் மூலம் க்விட்கள் உணரப்படுகின்றன)
- வைர அடிப்படையிலான குவாண்டம் கம்ப்யூட்டர் (வைரத்தில் உள்ள நைட்ரஜன் காலியிட மையங்களின் மின்னணு அல்லது அணுக்கரு சுழலினால் உணரப்பட்ட குவிட்)
- போஸ்-ஐன்ஸ்டீன் மின்தேக்கி அடிப்படையிலான குவாண்டம் கணினி
- டிரான்சிஸ்டர்-அடிப்படையிலான குவாண்டம் கணினி - மின்னியல் பொறியைப் பயன்படுத்தி நேர்மறை துளைகளின் நுழைவு கொண்ட சரம் குவாண்டம் கணினிகள்
- அரிய-பூமி-உலோக-அயன்-டோப் செய்யப்பட்ட கனிம படிக அடிப்படையிலான குவாண்டம் கணினிகள் (ஆப்டிகல் ஃபைபர்களில் உள்ள டோபான்ட்களின் உள் மின்னணு நிலை மூலம் க்விட் உணரப்பட்டது)
- உலோகம் போன்ற கார்பன் நானோஸ்பியர்களை அடிப்படையாகக் கொண்ட குவாண்டம் கணினிகள்
- அதிக எண்ணிக்கையிலான வேட்பாளர்கள் குவாண்டம் கம்ப்யூட்டிங், விரைவான முன்னேற்றம் இருந்தபோதிலும், இன்னும் ஆரம்ப நிலையில் உள்ளது என்பதை நிரூபிக்கிறது.
பல குவாண்டம் கம்ப்யூட்டிங் மாதிரிகள் உள்ளன, அவை கணக்கீடு சிதைந்த அடிப்படை கூறுகளால் வேறுபடுகின்றன. நடைமுறைச் செயலாக்கங்களுக்கு, நான்கு தொடர்புடைய கணக்கீட்டு மாதிரிகள்:
- குவாண்டம் கேட் வரிசை (சில-குவிட் குவாண்டம் கேட்களின் வரிசையில் சிதைந்த கணக்கீடு)
- ஒரு-வழி குவாண்டம் கணினி (ஒரு-குவிட் அளவீடுகளின் வரிசையாக சிதைந்த கணிப்பு, மிகவும் சிக்கலான ஆரம்ப நிலை அல்லது கிளஸ்டர் நிலைக்குப் பயன்படுத்தப்படுகிறது)
- அடியாபாடிக் குவாண்டம் கணினி, குவாண்டம் அனீலிங் அடிப்படையிலானது (கணக்கீடு ஒரு ஆரம்ப ஹாமில்டோனியனின் மெதுவான தொடர்ச்சியான மாற்றமாக சிதைந்து இறுதி ஹாமில்டோனியனாக மாறுகிறது, அதன் தரை நிலைகளில் தீர்வு உள்ளது)
- டோபோலாஜிக்கல் குவாண்டம் கணினி (2D லேட்டிஸில் உள்ள யாரையும் பின்னிப்பிணைப்பதில் சிதைந்த கணக்கீடு)
குவாண்டம் ட்யூரிங் இயந்திரம் கோட்பாட்டளவில் முக்கியமானது ஆனால் இந்த மாதிரியை உடல் ரீதியாக செயல்படுத்துவது சாத்தியமில்லை. கணக்கீட்டின் நான்கு மாதிரிகளும் சமமானவையாகக் காட்டப்பட்டுள்ளன; ஒவ்வொன்றும் மற்றொன்றை பல்லுறுப்புக்கோவை மேல்நிலைக்கு மேல் இல்லாமல் உருவகப்படுத்த முடியும்.
சான்றிதழ் பாடத்திட்டத்துடன் உங்களைப் பற்றி விரிவாக அறிந்துகொள்ள, கீழே உள்ள அட்டவணையை விரிவுபடுத்தி பகுப்பாய்வு செய்யலாம்.
EITC/QI/QIF குவாண்டம் இன்ஃபர்மேஷன் ஃபண்டமெண்டல்ஸ் சான்றளிப்பு பாடத்திட்டம் வீடியோ வடிவத்தில் திறந்த அணுகல் செயற்கையான பொருட்களைக் குறிப்பிடுகிறது. கற்றல் செயல்முறை ஒரு படிப்படியான கட்டமைப்பாக (நிரல்கள் -> பாடங்கள் -> தலைப்புகள்) தொடர்புடைய பாடத்திட்ட பகுதிகளை உள்ளடக்கியது. டொமைன் நிபுணர்களுடன் வரம்பற்ற ஆலோசனையும் வழங்கப்படுகிறது.
சான்றிதழின் செயல்முறை பற்றிய விவரங்களுக்கு சரிபார்க்கவும் எப்படி இது செயல்படுகிறது.
முக்கிய விரிவுரை குறிப்புகள்
உ.வஜிராணி விரிவுரை குறிப்புகள்:
https://people.eecs.berkeley.edu/~vazirani/quantum.html
ஆதரவு விரிவுரை குறிப்புகள்
எல். ஜகாக் மற்றும் பலர். விரிவுரை குறிப்புகள் (துணை பொருட்களுடன்):
https://drive.google.com/open?id=1cl27qPRE8FyB3TvvMGp9mwBFc-Qe-nlG
https://drive.google.com/open?id=1nX_jIheCHSRB7pYAjIdVD0ab6vUtk7tG
முக்கிய ஆதரவு பாடநூல்
குவாண்டம் கணக்கீடு & குவாண்டம் தகவல் பாடநூல் (நீல்சன், சுவாங்):
http://mmrc.amss.cas.cn/tlb/201702/W020170224608149940643.pdf
கூடுதல் விரிவுரை குறிப்புகள்
ஜே. பிரஸ்கில் விரிவுரை குறிப்புகள்:
http://theory.caltech.edu/~preskill/ph219/index.html#lecture
A. குழந்தைகள் விரிவுரை குறிப்புகள்:
http://www.math.uwaterloo.ca/~amchilds/teaching/w08/co781.html
எஸ். ஆரோன்சன் விரிவுரை குறிப்புகள்:
https://scottaaronson.blog/?p=3943
R. de Wolf விரிவுரை குறிப்புகள்:
https://arxiv.org/abs/1907.09415
பரிந்துரைக்கப்பட்ட பிற பாடப்புத்தகங்கள்
கிளாசிக்கல் மற்றும் குவாண்டம் கம்ப்யூட்டேஷன் (கிடேவ், ஷென், வியாலி)
http://www.amazon.com/exec/obidos/tg/detail/-/082182161X/qid=1064887386/sr=8-3/ref=sr_8_3/102-1370066-0776166
குவாண்டம் கம்ப்யூட்டிங் முதல் டெமோக்ரிடஸ் (ஆரோன்சன்)
http://www.amazon.com/Quantum-Computing-since-Democritus-Aaronson/dp/0521199565
குவாண்டம் தகவலின் கோட்பாடு (வாட்ரஸ்)
https://www.amazon.com/Theory-Quantum-Information-John-Watrous/dp/1107180562/
குவாண்டம் தகவல் கோட்பாடு (வைல்ட்)
http://www.amazon.com/Quantum-Information-Theory-Mark-Wilde/dp/1107034256
EITC/QI/QIF குவாண்டம் இன்ஃபர்மேஷன் ஃபண்டமெண்டல்ஸ் திட்டத்திற்கான முழுமையான ஆஃப்லைன் சுய-கற்றல் தயாரிப்பு பொருட்களை PDF கோப்பில் பதிவிறக்கவும்
EITC/QI/QIF ஆயத்த பொருட்கள் - நிலையான பதிப்பு
EITC/QI/QIF ஆயத்த பொருட்கள் - மறுஆய்வு கேள்விகளுடன் விரிவாக்கப்பட்ட பதிப்பு