หัวใจของวิทยาการสารสนเทศควอนตัมคือการนำเสนอข้อมูลแบบใหม่ที่เรียกว่าคิวบิต เป็นอะนาล็อกควอนตัมของ 1 และ 0 หรือ “บิต” ที่ประมวลผลโดยคอมพิวเตอร์ทั่วไป แต่ควิบิตถูกผสมด้วยเวทมนตร์ควอนตัม ทำให้มันเป็นทั้ง 1 และ 0 ในเวลาเดียวกัน “การซ้อนทับ” ของตัวตนนี้ทำให้ข้อมูลควอนตัมมีพลังพิเศษตัวอย่างเช่น Qubits สามารถส่งข้อความที่เข้ารหัสด้วยความลับอย่างแท้จริง โดยทั่วไปจะอยู่ในรูปของอนุภาคของแสงหรือโฟตอน ( SN: 8/16/08, p. 24 ) ข้อความที่ส่งเป็นสตริงของ qubits ซึ่งเข้ารหัสในทิศทางของการสั่นของโฟตอนนั้นปลอดภัยเพราะการพยายามดักฟังจะเปลี่ยนแปลงข้อความในลักษณะที่ตรวจจับได้
ระบบรักษาความปลอดภัยด้วยควอนตัมดังกล่าว
มีวางจำหน่ายแล้วในเชิงพาณิชย์ และสักวันหนึ่งอาจมีความจำเป็นในเชิงพาณิชย์เนื่องจากการใช้ข้อมูลควอนตัมอื่น: การคำนวณควอนตัม สำหรับปัญหาบางอย่าง การคำนวณด้วย qubits ที่เก็บไว้ในหน่วยความจำควอนตัมสามารถแก้ปัญหาทางคณิตศาสตร์ได้ยากมากจนซูเปอร์คอมพิวเตอร์มาตรฐานไม่สามารถหาคำตอบได้ภายในอายุขัยของจักรวาล ปัญหายากอย่างหนึ่งก็คือการหาตัวประกอบเฉพาะของจำนวนที่มาก รหัสตามปัญหาดังกล่าว ซึ่งขณะนี้ปกป้องธุรกรรมทางการเงินทางอิเล็กทรอนิกส์ส่วนใหญ่ จะไร้ค่าในโลกที่มีคอมพิวเตอร์ควอนตัมเต็มรูปแบบ (แต่ไม่จำเป็นต้องกังวลเกี่ยวกับความปลอดภัยของบัตรเครดิตของคุณ การทำลายรหัสของวันนี้จะต้องใช้คอมพิวเตอร์ควอนตัมที่จัดการหลายพัน qubits หรือมากกว่า บันทึกสำหรับต้นแบบในปัจจุบันมีเพียง 14)
คอมพิวเตอร์ควอนตัมจะไม่คุ้มค่ามากสำหรับการกระทืบตัวเลขทั่วไป พวกเขาจะใช้ได้เฉพาะกับปัญหาที่อาจจะเกิดขึ้นในรูปแบบของอัลกอริธึมที่คล้อยตามวิธีที่ความแปลกประหลาดของควอนตัมสามารถขจัดคำตอบที่ผิดออกไปได้ ปล่อยให้คำตอบที่ถูกต้องเท่านั้นที่จะอยู่รอดได้ แต่คอมพิวเตอร์ควอนตัมที่มีความซับซ้อนเพียงพอจะสามารถจำลองระบบโมเลกุลที่ควบคุมโดยกลศาสตร์ควอนตัมได้ คุณสามารถใช้พลังนั้นเพื่อทำนายผลลัพธ์ของปฏิกิริยาเคมีได้ ตัวอย่างเช่น โดยไม่ต้องใช้หลอดทดลอง ความสามารถในการคำนวณดังกล่าวสามารถช่วยในการออกแบบวัสดุอุตสาหกรรมใหม่ ๆ หรือช่วยพัฒนายาที่ทรงพลังโดยมีผลข้างเคียงน้อยลง
John Preskill นักฟิสิกส์ของ Caltech กล่าวว่า “
จากอัลกอริธึมที่เข้าใจได้ในปัจจุบัน สิ่งที่มีแนวโน้มมากที่สุดสำหรับการใช้งานคือการจำลองระบบควอนตัม “ขณะนี้เราไม่คิดว่าคุณจะส่งอีเมลของคุณบนคอมพิวเตอร์ควอนตัม ในทางกลับกัน เกมควอนตัมอาจเป็นเรื่องสุดวิสัย”
แต่สำหรับสิ่งมหัศจรรย์เหล่านี้ คอมพิวเตอร์ควอนตัมและระบบประมวลผลข้อมูลควอนตัมอื่นๆ ไม่ได้เป็นเพียงโอกาสในการเก็งกำไรในการลงทุน พวกเขาเป็นเครื่องมือสำหรับนักวิทยาศาสตร์ในการขุดลึกลงไปในรากฐานของความเป็นจริง ข้อมูลควอนตัมสามารถเปิดเผยความแตกต่างเกี่ยวกับส่วนต่อประสานระหว่างคณิตศาสตร์กับโลกทางกายภาพ
ตัวอย่างเช่น การถอดรหัสรหัสเกี่ยวข้องกับการแก้ปัญหาทางคณิตศาสตร์ที่ยากมากในการค้นหาตัวประกอบเฉพาะของตัวเลขจำนวนมากซึ่งมีความยาวหลายร้อยหลัก แต่ความจริงที่ว่าอัลกอริธึมคอมพิวเตอร์ควอนตัมสามารถแก้ปัญหาดังกล่าวได้ ตามที่นักคณิตศาสตร์ Peter Shor ค้นพบในปี 1994 มีความหมายที่ลึกซึ้งกว่าแค่การดักฟังทางการเงิน
“การแยกตัวประกอบเป็นปัญหาที่ยากในสมัยก่อน” Preskill กล่าว “แต่อัลกอริธึมของ Shor แสดงให้เห็นว่าเป็นปัญหาที่ง่ายในเชิงควอนตัม ดังนั้นจึงดูเหมือนว่าขอบเขตระหว่างปัญหาที่ยากและปัญหาที่ง่ายนั้นแตกต่างกันในโลกทางกายภาพของเรา – เพราะเป็นโลกควอนตัม – มากกว่าที่มันจะเป็นถ้าโลกเป็นแบบคลาสสิก” กล่าวอีกนัยหนึ่งการประมวลผลข้อมูลควอนตัมเผยให้เห็นบางอย่างเกี่ยวกับความสัมพันธ์ของคณิตศาสตร์กับความเป็นจริงทางกายภาพที่นักวิทยาศาสตร์ก่อนควอนตัมไม่สามารถจินตนาการได้
หรืออย่างน้อยนั่นคือสิ่งที่นักวิทยาศาสตร์ควอนตัมเชื่อ การพิสูจน์ว่าโลกทางกายภาพยอมให้การแก้ปัญหาควอนตัมแก้ปัญหาทางคณิตศาสตร์ยากๆ บางอย่าง จำเป็นต้องสร้างคอมพิวเตอร์ควอนตัมขนาดใหญ่จริงๆ “เราหวังว่าจะสามารถยืนยันได้ว่าทรัพยากรการคำนวณพิเศษเหล่านี้ในระบบควอนตัมเป็นส่วนหนึ่งของพฤติกรรมของธรรมชาติ” Preskill กล่าวเมื่อเร็ว ๆ นี้ในแวนคูเวอร์ในการประชุมประจำปีของ American Association for the Advancement of Science “เราสามารถทำได้โดยการแก้ปัญหาที่เราคิดว่ายากแบบคลาสสิก … ด้วยคอมพิวเตอร์ควอนตัม ซึ่งเราสามารถตรวจสอบได้อย่างง่ายดายด้วยคอมพิวเตอร์คลาสสิกว่าคอมพิวเตอร์ควอนตัมได้คำตอบที่ถูกต้อง”
การแยกตัวประกอบจะเป็นตัวอย่างหนึ่งของปัญหาดังกล่าว — ยากมากที่จะแก้ไข แต่ง่ายต่อการตรวจสอบเพื่อดูว่าคำตอบที่คุณได้รับนั้นถูกต้องหรือไม่ แต่ปัญหาทางคณิตศาสตร์อื่นๆ อาจเกินความสามารถของคอมพิวเตอร์ควอนตัม “ปัญหาบางอย่างค่อนข้างยาก” Preskill กล่าว การรู้ว่าปัญหาใดยากสำหรับคอมพิวเตอร์ควอนตัมจะช่วยให้เข้าใจถึงประเภทของการคำนวณทางคณิตศาสตร์ที่เป็นไปได้จริงในจักรวาลทางกายภาพ
Scott Aaronson นักวิทยาศาสตร์คอมพิวเตอร์ของ MIT ชี้ให้เห็นถึงข้อเรียกร้องด้านการคำนวณที่ท้าทายโดยการคำนวณควอนตัม เป็นความเชื่อที่มีมาช้านานที่เรียกว่าวิทยานิพนธ์ Church-Turing แบบขยาย โดยพื้นฐานแล้วระบุว่าอุปกรณ์ทางกายภาพที่คำนวณได้อย่างเหมาะสมนั้นสามารถคำนวณได้ด้วยคอมพิวเตอร์ “สากล” ในอุดมคติที่รู้จักกันในชื่อเครื่องทัวริง
“นี่เป็นข้ออ้างที่ผิดพลาดเกี่ยวกับกฎของฟิสิกส์” Aaronson กล่าวในการประชุม AAAS เป็นการแสดงออกถึงความเชื่อที่ว่าหากกฎหมายทางกายภาพเปรียบเสมือนรหัสคอมพิวเตอร์ ภาษาโปรแกรมใดๆ ที่สมเหตุสมผลสำหรับกฎของธรรมชาติสามารถเลียนแบบภาษาอื่นได้
แนะนำ : ข่าวดารา | กัญชา | เกมส์มือถือ | เกมส์ฟีฟาย | สัตว์เลี้ยง
