Нанотехнологиялар
жүктеу/скачать 4,68 Mb. Pdf көрінісі
|
НАНОТЕХНОЛОГИЯЛАР
| Кванттық коммуникациялар
9-тарауда қарастырылып кеткендей, жаңа коммуникациялық жүйелерді жасау үшін ғалымдар кванттық шырмалуды қолдануға тырысқан. Бір ғана жоғары энергиялы фотон негізінде кванттық шырмалған энергиялары төмен екі фотон алуға болады екен. Мұндай квантты шырмалған фотондардың тәртібі бір-бірімен байланысты және дәл осы ерекшелік арқасында екі алыс орналасқан орындар арасындағы мәлімет тасымалдауды, яғни кванттық теле- портацияны жүзеге асыруға болады. Тәжірибелік әдістер мен құралдардың мүлтіксіз жетілуі ғалымдардың ғылым, өндіріс және бизнеске арналған кванттық зерттеулерді таң қаларлық деңгейде орындауға мүмкіндік берді. Кванттық шырмалу мүмкіндігі жақын уақыттан бері ғана бағалана бастаған, себебі ертеректе оны бақылау, анализдеу және қолдану мүмкін емес еді. Шындығында, кванттық шырмалу қауіпсіз (кванттық) криптография, есептеуіш алгоритм және кванттық телепортацияның негізі болуы мүмкін. Кванттық жүйелерді өлшеу жасырын мәліметтерді дабылдық түйін көмегімен жіберуге мүмкіндік береді, ал жолданым иесі оны басқа кванттық шырмалған қабылдауыш түйін көмегімен түсіне ала- ды. Мұндай жолдаманың көшіріп алынатын әлсіз жері мүлдем болмайды, себебі оны тек жіберуші және алушы түйіндері бар қабылдағыштар ғана түсіне алады. Егер тіпті оны ұрлауға тырысқан жағдайда хат алушы жылдам түсініп қояды, себебі кез келген кедергі дабылдық түйіннің өзгерісін туындатады. Мұндай керемет мәлімет беру тәсілі және компьютерлік компоненттерді кіп-кішкентай ету дәрежесін жоғарылатудың аса биік деңгейі базалық есептеулерді сипаттау үшін кванттық меха ника заңдарын қолдану керек нүктеге келіп жетті. Наномасштабты деңгейдің өзінде компьютерлік есептеулердің теориялық негіздерін қайта жазуға тура келеді. СПИН Заманауи компьютерлермен салыстырғанда кванттық компью- терлер үлкен мәліметтерді сақтай және өңдей алады. Себебі кванттық компьтерлер мәліметтерді параллельді режимде өңдей алады. За манауи компьютерлер кезектесіп жұмыс істейтін микрочиптерден құралған және компьютерлік модельдеу, шифрлеу немесе мәліметтерді тасымалдауды белгілі бір ретпен жүргізеді. Параллельділіктің арқасында кванттық есептеулер заманауи жүйелі суперкомпьютер- лермен салыстырғанда миллион, тіпті миллиард есе жылдам орын- далуы мүмкін. Кванттық есептеулерді зерттеушілер кванттық механикалық есептеулердің мүлдем жаңа аймағына басып кіруде. Кванттық шатасу негізінде кездейсоқ және абсолютті қорғалған коммуникацияларды іздестіру, «аса күрделі» цифрларды талдау сияқты ертеректе мүмкін емес болған есептеу тапсырмаларын шешу мүмкін болып отыр. Кванттық есептеулерде кванттық қасиеттер, мысалы, спин элек трон пайдаланылады. Спин - бұл элементарлы бөлшектің төтенше жұмбақ сипаттамасы және ол -1/2 мен +1/2 мәндерін қабылдай ала ды. Компьютерлік есептеулер тұрғысынан қарағанда бұл мәндер 0 мен 1-ге тең болуы мүмкін. Сонымен электронның спині мәлімет бірлігінің негізі болуы мүмкін. Оларды кванттық есептеулерде кубит ^иЬіІ) терминімен атайды. Спиннің мәні оны өлшегенге дейін белгісіз болатындықтан, электрон спині негізінде мәліметті сақтау және тасымалдау әдістері төтенше күрделі болып келеді. 8-тарауда айтылып кеткендей электрон спині жарықпен әрекеттеседі де, әрекеттесу сипаты жарық толқынының ұзындығына және оның полярлануына тәуелді болады. Электрон спинінің өлшеуге дейін белгісіз болуын 0 және 1 күйлерге арналған операцияларды бір мезетте жүргізуге мүмкіндік береді. Сонымен қатар, кубиттерді бір- бірімен байланыстыру арқылы біреуінің күй өзгерісі келе сі кубиттердің тізбекті өзгерісіне алып келетіндей етіп жасауға мүмкіндік береді. Қарапайым жағдайда екі кубит төрт түрлі конфигурация көрсете алады: (00), (01), (10), (11). Кубиттерге жүргізілетін математикалық операцияларды бірден төрт түрлі күйлерге қолдануға болады. Бұл қасиет бізді қайтадан кванттық шырмалу тақырыбына алып келеді. Кубиттер мен спиндерді сәйкес жолмен басқару компьютер- лер мен коммуникацияларды тек жылдамдатып қана қоймай, соны- мен қатар бұрындары мүмкін емес болған операцияларды жүргізуді мүмкін етіп отыр, себебі ол кездегі ең мықты компьютерлер есептеуді жүргізу үшін миллиард жыл қажет еткен. Кванттық есептеулер арқасында шифрланған мәліметтердің қауіпсіздігі мен мәліметтер ба- засымен жұмыс істеу барысында фантастикалық жетістіктерге жетуге болады. Кванттық шырмалған электрондар мен олардың қасиеттері өте нәзік екендігін айта кету керек. Кез келген қоршаған ортамен (мы салы, фотон немесе шайқалу) әрекеттесуі олардың шырмалуын жа- зуы мүмкін, бұл құбылыс декогеренция деп аталады. Декогеренция болған жағдайда кванттық есептеулерде қате туындайды. Жақында ғалымдар осы қателіктерді түзеу әдістерін зерттей ба- стады және олардың кейбір варианттары Веіі компаниясы, Оксфорд университеті (Ұлыбритания), Торонто университеті (Канада), Лос- Аламос ұлттық зертханасы (АҚШ) және Принстон университеті ғалымдарымен ұсынылды. Олардың негізгі тапсырмасы кванттық жүйені когерентті күйде сақтау, яғни оларды қоршаған орта- дан оқшаулау болып табылады. Кванттық компьютерді жасаудың қиыншылығы күшті ішкі әрекеттесу мен сыртқы әсерді болдырмауды қамтамасыз ету болып отыр. Кубиттердің тұрақтылығын қамтамасыз ету үшін әлі де көп мас- штабты жұмыстар жүргізу керек. Бүгінгі таңда декогеренция шамамен 1000 операция жасағаннан кейін ғана жүзеге асады. Мәліметтер тасы- малдау үшін қателердің жоғарғы жиілігі қолайсыз, алайда жаңа нано- материалдар мен наножүйелерді (мысалы, 8 -тарауда қарастырылған кванттық нүктелерді) пайдалану арқылы бұл мәселені шешуге бола ды. |