Quantum Kompyuterlar va Atomlar - mavzu Amaliy dasturlash tizimlari Reja: Dasturlash tillari, ularning turlari va...

|
mavzu Amaliy dasturlash tizimlari Reja: Dasturlash tillari, ularning turlari va asoslari C++ dasturlash tili tahlili
|
bet | 6/17 | Sana | 20.07.2024 | Hajmi | 0,56 Mb. | | #268028 |
Bog'liq 2-biletQuantum Kompyuterlar va Atomlar
Kvant texnologiyalari
Kvant texnologiyalari – kvant mexanikasining oʻziga xos xususiyatlaridan, birinchi navbatda, kvantli chalkashliklardan foydalanadigan fizika sohasidir.
Kvant (lot. quantum – qancha, nechta) – biror fizik kattalikning diskret (uzlukli) tabiatga ega ekanligini tavsiflovchi va uning eng kichik (boʻlinmas) qiymatini koʻrsatuvchi zamonaviy fizikaning asosiy tushunchasidir. Kvant texnologiyasining maqsadi kvant printsiplariga
asoslangan tizimlar va qurilmalarni yaratishdir, ular odatda quyidagilarni oʻz ichiga oladi:
Energiya sathining uzlukliligi (kvantlanishi) (kvant oʻlchovli effekti, Xoll kvant effekti)
Geyzenberg noaniqlik printsipi
Tizimlar sof holatining kvant superpozitsiyasi
Mumkin boʻlgan toʻsiqlar orqali kvant tunneli
Holatlarning kvantli birikuvi
Amaliyotda qoʻllash mumkin boʻlgan dasturlarga kvant hisoblash va kvant kompyuterlari, kvant kriptografiyasi, kvant teleportatsiyasi, kvant metrologiyasi, kvantli sensorlar va kvant tasvirlari kiradi.
Yangi ishlab chiqarish texnologiyalari – turli xil murakkablikdagi moslashtirilgan (individuallashtirilgan) moddiy ob’yektlar (tovarlar) ning zamonaviy texnologik darajadagi, loyihalashtirish va ishlab chiqarish jarayonlari majmui boʻlib, ularning narxi ommaviy ishlab chiqariladigan mahsulotlar tannarxi bilan taqqoslanadi.
Oʻz ichiga quyidagilarni qamrab oladi:
yangi materiallar;
raqamli dizayn va modellashtirish, shu jumladan bionik dizayn;
superkompyuter muhandisligi;
qoʻshimchalar va gibrid texnologiyalar.
1940-yillarning oxirida Bell Laboratoriesda tranzistorlarning rivojlanishi energiya sarfini sezilarli darajada kamaytiradigan yangi avlod kompyuterlarini ishlab chiqishga imkon berdi. Savdoda mavjud boʻlgan birinchi saqlangan dasturli kompyuter Ferranti Mark I 4050 klapanni oʻz ichiga olgan va 25 kilovatt quvvat sarflagan. Taqqoslash uchun, birinchi tranzistorli kompyuter Manchester universitetida ishlab chiqilgan va 1953-yilning noyabrida ishga tushirilgan boʻlib, uning yakuniy versiyasida atigi 150 vatt quvvat sarflagan.
Prinston universiteti fizigi Xyu Everett 1957 yili alohdda kvantlar darajasigacha susaytirilgan lazer nurlari ingichka tirqishlardan o‘tganidan keyin aniq yoʻl-yoʻl tasvir o‘rniga ekranda tirqishning yoyilib ketgan tasvirini kuzatadi va bu hodisani tushunish uchun uni soyadagi fotonlar keltirib chiqaradi, degan xulosaga keladi. “Soya fotonlar” deganda u boshqa olamga taalluqli fotonlarni nazarda tutadi. Everett o‘zining ushbu qaltis nazariy nuqtai nazaridan so‘ng nazariy fizika bilan xayrlashishiga to‘g‘ri keldi. Amerikaning boshqa fizik olimi, atom bombasi kashfiyotchilaridan biri, Nobel mukofoti sovrindori Richard Feynman 1982 yili, ya’ni Everett vafot qilgan yili mutlaqo fantastik tushuncha-Everettning ko‘p sonli olam interpretatsiyasini hisoblash mashinalarini yaratishda qo‘llash g‘oyasini fanda ilgari surdi. Ushbu g‘oya muallifi Feynmanning 9 jildlik “Feynmanovskie leksii po fizike” kitobi o‘tgan asrning 60-yillarida yurtimizning talabalari va ilmiy xodimlari orasida mashhur bo‘lgan. Gap shundaki, kompyuterlarda modellashtirish hozirgi zamon ilmiy izlanishlari va ishlab chiqarishida muhim o‘rin egallaydi. Feynman 1958 yili kompyuterda kvant protsesslarini modellashtira borib, ko‘p zarrachali kvant masalalarini echish uchun klassik kompyuterlarning xotira hajmi etarli emasligini tushunib etadi. 1000 elektron spinli masalalarni echish uchun kompyuterlarda 21000 (taxminan 1030) o‘zgaruvchini xotirasida saqlay oladigan yacheykalar bo‘lishi shartligi unga ayon bo‘ladi. Bir gegabayt faqat 230, xolos. Natijada, Feynman: «Kvant masalalarini kvant kompyuterlari echishi kerak, kvant fizikasi hodisalarini aniq modellashtirish kompyuterlarning prinsipial yangi turi kvant kompyuteridagina bo‘ladi», degan xulosaga keladi. U 1982 yili (Feyman R. Int. J. Theor. Phys. 21, 1982. va Physics Todey jurnallarida) kvant tizimlarga axborot yozish mumkinligini ilk bor bayon qiladi. Klassik kompyuterlarda olib borilayotgan ko‘plab ilmiy hisoblashlar natijasini u o‘ta qo‘pol ilmiy natijalar bo‘lishi mumkin deb hisoblagan.
Feynmandan tashqari kvant hisoblashlarini Illinoysdagi Aragon milliy laboratoriyasidan Pol Benioff (Paul Benioff); Angliyadagi Oksford universitetidan Devid Doych (David Deutsch) va Yorktaun Xaytse (Nyu-York shtati)dagi IVMning T.J.Vatson (T.J.Watson) nomidagi izlanishlar markazidan T.Charlz Bennett (Charles Bennett) kabi nazariyachi fiziklar targ‘ib qildilar. Lekin uzoq yillar davomida Feynmanning ushbu maqolalari e’tiborsiz qoldi hisob, ya’ni u paytlar kvant kompyuteri g‘oyasiga fantastikaga qaraganday qaralardi.
Odatdagi kompyuterlar uchun ma’lum barcha algoritmlar eksponensialdir (ko‘rilayotgan masalalardagi o‘zgaruvchilarning soni ortib borishi bilan klassik kompyuterlar uchun hisoblash vaqti eksponensial ortib boradi; ularning ish vaqti faktorizatsiyalanayotgan sonlar yozuvidagi belgilar soniga qarab eksponenta bo‘yicha ortib boradi). Masalan, RSA-129 tizimini buzish uchun (129-razryadli sonni oddiy kupaytmalarga ajratish – faktorizatsiyalash) internet orqali bog‘langan 1600 ish stansiyadan tuzilgan ish sistemasining 500 MIPS-yil yoki sakkiz oy davomida betinim ishlashiga to‘g‘ri kelgan. Agarda son razryadi 300 ga teng bo‘lib qolsa, jahondagi barcha kompyuterlar bir vaqtning o‘zida hisoblashga jalb qilingan taqdirda ham ushbu vaqt Olamning paydo bo‘lgan vaqtidan ham ko‘p bo‘lib ketgan bo‘lardi.
1994 yil AT&T Researchning izlanishlar bo‘limida ilmiy ish olib borayotgan Piter Shor kvant kompyuterlari uchun katta sonlarni oddiy ko‘paytmalarga ajratishning o‘ziga xos algoritmini ishlab chiqib, olimlarga ma’lum qildi. (Feyman R. Quantum mechanical computers. //Optics News, February 1985, 11, p.11.; Deutsch D. Quantum theory, the Church-Turing principle and the universal quantum computer. – Proc. R. Soc. London A 400, 97, 1985.; Deutsch D. quantum computational networks. – Proc. R. Soc. London A 425, 73, 1989.) Shundan so‘ng kvant hisoblashlar buyicha ilmiy maqolalar soni jahonda keskin oshib ketdi. Shorning hisob-kitoblarida ko‘rsatilishicha, klassik kompyuter 1000 ikkilangan belgili sondan tashkil topgan ko‘paytmani topishi uchun 21000 amalni (operatsiya) bajarishi kerak bo‘lgan holda kvant kompyuteri buning uchun 10003 amal bajarishi kerak bo‘lar ekan, xolos. Piter Shor va undan keyin Bell Labs ilmiy markazidan tartiblanmagan axborotlar bazasida tez topuvchan o‘z algoritmi bilan Lov Grover (Lov Grover) jahonda kvant hisoblashlar sohasidagi shiddatli izlanishlar boshlanishining tashabbuskorlari bo‘lishdi. Kvant kompyuterlari tabiatan algoritmli, lekin raqamli (sifrovoy) qurilmadir. Ular RSA kabi ommaviy kriptografik algoritmlar yordamida kodlangan xabarlarni topib o‘qishni bir zumda bajarishi mumkin. Hozircha ushbu algoritm eng ishonchli deb hisoblab kelinmoqda.
Kvant hisoblashlarining fizikaviy ma’nosi nima? Ushbu masalada «Struktura realnosti» kitobining muallifi Devid Doych (Shor P.W. Algorithms for Quantum Computation: discrete log and Factoring. // Proceeding of the 35th Annual Symposium on the Foundations of Computer Science? Edited by S. Goldwasser, IEEE Computer Society Press? Los Alamitos, CA, 1994, p. 124.) barcha nazariyalardan farqli bo‘lgan o‘z nazariyasini bayon qildi. Muallif kvant hisoblashlar prinsipining qisqachacha ta’rifini qo‘yidagicha beradi: “Hozircha murg‘ak holdagi kvant hisoblashlar ushbu harakatning sifat buyicha yangi bosqichidir. Bu yondosh olamlarning ishtirokida foydali masalalarning bajarilishiga olib keladigan birinchi texnologiyadir. Kvant kompyuteri murakkab masalalar tashkil etuvchilarini yondosh olamlar ko‘pligi o‘rtasida taqsimlay oladi va keyinchalik natijalarni baham ko‘rishi mumkin”.
1998 yili Berklidagi Kaliforniya universitetida Ayzek Chuang boshchiligida birinchi 2 kubitli kvant kompyuteri ixtiro qilindi. Kubit (yoki kvantbit) – kvant axborotning birligi yoki kvant kompyuterida axborotni saqlovchi eng kichkina element. Ushbu kompyuter birvarakayiga to‘rt hisoblash oqim amalini tatbiqetishi mumkin. Butun jahonda kvant kompyuterlarining hayotga tatbiqini faol amalga oshirayotganlar qatorida birinchilardan bo‘lib IBM ning Almeydendagi markazidagi (IBM Almaden Reserch Center, Can-Xose, Kaliforniya) Ayzek Chuang (Isaac Chuang)nieslash kerak bo‘ Uning boshchiligidagi guruh 1999 yili Grover algoritmi yordamida uch kubitli kvant kompyuteri namunasi bilan axborotlar bazasida qidiruv olib borishdi.
|
| |