Llogaritja kuantike është si Forrest Gump's kuti me çokollata: Asnjëherë nuk e di se çfarë do të marrësh. Dukuritë kuantike – sjellja e materies dhe energjisë në nivelet atomike dhe nënatomike – nuk janë të përcaktuara, një gjë apo një tjetër. Ato janë retë e errëta të mundësisë ose, më saktë, probabiliteteve. Kur dikush vëzhgon një sistem kuantik, ai humbet kuanticitetin e tij dhe “kolapsohet” në një gjendje të caktuar.
Fenomenet kuantike janë misterioze dhe shpesh kundërintuitive. Kjo e bën llogaritjen kuantike të vështirë për t'u kuptuar. Njerëzit natyrshëm synojnë të njohurin për të provuar të shpjegojnë të panjohurën, dhe për llogaritjen kuantike kjo zakonisht nënkupton përdorimin e llogaritjes tradicionale binare si metaforë. Por shpjegimi i llogaritjes kuantike në këtë mënyrë çon në konfuzion të madh konceptual, sepse në një nivel bazë të dy janë kafshë krejtësisht të ndryshme.
Ky problem nxjerr në pah besimin shpesh të gabuar se metaforat e zakonshme janë më të dobishme se ato ekzotike kur shpjegojnë teknologjitë e reja. Ndonjëherë qasja e kundërt është më e dobishme. Të freskia e metaforës duhet të përputhet me risinë e zbulimit.
Veçantia e kompjuterëve kuantikë kërkon një metaforë të pazakontë. Si studiues i komunikimit që studion teknologjinëUnë besoj se kompjuterët kuantikë mund të kuptohen më mirë si kaleidoskopë.
Siguria dixhitale kundrejt probabiliteteve kuantike
Hendeku midis të kuptuarit të kompjuterëve klasikë dhe kuantikë është një humnerë e gjerë. Kompjuterët klasikë ruajnë dhe përpunojnë informacionin nëpërmjet transistorëve, të cilët janë pajisje elektronike që marrin gjendje binare, përcaktuese: një ose zero, po ose jo. Kompjuterët kuantikë, në të kundërt, trajtojnë informacionin në mënyrë probabiliste në nivele atomike dhe nënatomike.
Kompjuterët klasikë përdorin rrjedhën e energjisë elektrike për të hapur dhe mbyllur portat në mënyrë sekuenciale për të regjistruar ose manipuluar informacionin. Informacioni rrjedh nëpër qarqe, duke shkaktuar veprime përmes një sërë ndërprerësish që regjistrojnë informacionin si një dhe zero. Duke përdorur matematikën binare, bit-et janë themeli i të gjitha gjërave dixhitale, nga aplikacionet në telefonin tuaj te regjistrimet e llogarisë në bankën tuaj dhe sinjalet Wi-Fi që kërcejnë rreth shtëpisë tuaj.
Në të kundërt, kompjuterët kuantikë përdorin ndryshime në gjendjet kuantike të atomeve, joneve, elektroneve ose fotoneve. Kompjuterët kuantikë lidhin ose ngatërrojnë grimcat kuantike të shumta në mënyrë që ndryshimet në një të prekin të gjitha të tjerat. Ata më pas prezantojnë modele ndërhyrjeje, si gurë të shumtë të hedhur në një pellg në të njëjtën kohë. Disa valë kombinohen për të krijuar maja më të larta, ndërsa disa valë dhe lug kombinohen për të anuluar njëra-tjetrën. Modelet e ndërhyrjeve të kalibruara me kujdes drejtojnë kompjuterin kuantik drejt zgjidhjes të një problemi.
Fizikantja Katie Mack shpjegon probabilitetin kuantik.
Arritja e një kërcimi kuantik, konceptualisht
Termi “pak” është një metaforë. Fjala sugjeron që gjatë llogaritjeve, një kompjuter mund të ndajë vlera të mëdha në ato të vogla – copa informacioni – të cilat pajisjet elektronike si tranzistorët mund t'i përpunojnë më lehtë.
Megjithatë, përdorimi i metaforave si kjo ka një kosto. Ata nuk janë të përsosur. Metaforat janë krahasime jo të plota që transferojnë njohuritë nga diçka që njerëzit e dinë mirë në diçka që ata po punojnë për të kuptuar. Metafora e bitit injoron që metoda binare nuk merret me shumë lloje të biteve të ndryshëm në të njëjtën kohë, siç mund të sugjerojë sensi i përbashkët. Në vend të kësaj, të gjitha pjesët janë të njëjta.
Njësia më e vogël e një kompjuteri kuantik quhet bit kuantik ose qubit. Por transferimi i metaforës së bitit në llogaritjen kuantike është edhe më pak adekuat sesa përdorimi i tij për llogaritjen klasike. Transferimi i një metafore nga një përdorim në tjetrin zbut efektin e saj.
Shpjegimi i përhapur i llogaritjes kuantike është se ndërsa kompjuterët klasikë mund të ruajnë ose përpunojnë vetëm një zero ose një në një tranzistor ose njësi tjetër llogaritëse, kompjuterët kuantikë supozohet se ruajnë dhe trajtojnë si zero ashtu edhe një dhe vlera të tjera në mes në të njëjtën kohë gjatë procesit. e mbivendosje.
Sidoqoftë, mbivendosja nuk ruan një ose zero ose ndonjë numër tjetër në të njëjtën kohë. Ekziston vetëm një pritje që vlerat mund të jenë zero ose një në fund të llogaritjes. Ky probabilitet kuantik është e kundërta polare e metodës binare të ruajtjes së informacionit.
I nxitur nga parimi i pasigurisë së shkencës kuantike, probabiliteti që një kubit të ruajë një ose zero është si macja e Shrëdingerit, e cila mund të jetë ose e vdekur ose e gjallë, në varësi të kohës kur e vëzhgoni atë. Por dy vlerat e ndryshme nuk ekzistojnë njëkohësisht gjatë mbivendosjes. Ato ekzistojnë vetëm si probabilitete dhe një vëzhgues nuk mund të përcaktojë se kur ose sa shpesh ekzistonin ato vlera përpara se vëzhgimi të përfundonte mbivendosjen.
Lënia pas këtyre sfidave për përdorimin e metaforave tradicionale të llogaritjes binare do të thotë të përqafosh metafora të reja për të shpjeguar llogaritjen kuantike.
Shikimi në kaleidoskopë
Metafora e kaleidoskopit është veçanërisht e përshtatshme për të shpjeguar proceset kuantike. Kaleidoskopët mund të krijojnë modele pafundësisht të larmishme, por të rregullta duke përdorur një numër të kufizuar rruazash qelqi me ngjyra, mure ndarëse me pasqyra dhe dritë. Rrotullimi i kaleidoskopit rrit efektin, duke gjeneruar një spektakël pafundësisht të ndryshueshëm ngjyrash dhe formash kalimtare.
Format jo vetëm që ndryshojnë, por nuk mund të kthehen mbrapsht. Nëse e ktheni kaleidoskopin në drejtim të kundërt, imazhet në përgjithësi do të mbeten të njëjta, por përbërja e saktë e secilës formë apo edhe strukturat e tyre do të ndryshojnë pasi rruazat përzihen rastësisht me njëra-tjetrën. Me fjalë të tjera, ndërsa rruaza, drita dhe pasqyrat mund të përsërisin disa modele të paraqitura më parë, këto nuk janë kurrë absolutisht të njëjta.
Nëse nuk keni një kaleidoskop, kjo video është një zëvendësues i mirë.
Duke përdorur metaforën e kaleidoskopit, zgjidhja që ofron një kompjuter kuantik – modeli përfundimtar – varet nga koha kur ndaloni procesin e llogaritjes. Llogaritja kuantike nuk ka të bëjë me hamendjen e gjendjes së ndonjë grimce të caktuar, por përdorimin e modeleve matematikore se si ndërveprimi midis shumë grimcave në gjendje të ndryshme krijon modele, të quajtura korrelacione kuantike.
Çdo model përfundimtar është përgjigja për një problem të paraqitur në kompjuterin kuantik, dhe ajo që ju merrni në një operacion kompjuterik kuantik është një probabilitet që të rezultojë një konfigurim i caktuar.
Metafora të reja për botët e reja
Metaforat e bëjnë të panjohurën të menaxhueshme, të arritshme dhe të zbulueshme. Përafrimi i kuptimit të një objekti ose fenomeni befasues duke zgjeruar një metaforë ekzistuese është një metodë që është aq e vjetër sa të quash skajin e një sëpate “bit” dhe skajin e saj të sheshtë “prapa”. Dy metaforat marrin shumë mirë diçka që ne e kuptojmë nga jeta e përditshme, duke e zbatuar atë në një teknologji që ka nevojë për një shpjegim të specializuar të asaj që bën. Thirrja e skajit prerës të një sëpate “pak” tregon në mënyrë sugjestive se çfarë bën ajo, duke shtuar nuancën që ndryshon objektin ku është aplikuar. Kur një sëpatë formon ose ndan një copë druri, merr një “kafshim” prej tij.
Metaforat, megjithatë, bëjnë shumë më tepër sesa të japin etiketa dhe shpjegime të përshtatshme të proceseve të reja. Fjalët që njerëzit përdorin për të përshkruar koncepte të reja ndryshojnë me kalimin e kohës, duke u zgjeruar dhe duke marrë një jetë të tyren.
Kur hasni ide, teknologji ose fenomene shkencore në mënyrë dramatike të ndryshme, është e rëndësishme të përdorni terma të freskëta dhe të habitshme si dritare për të hapur mendjen dhe për të rritur të kuptuarit. Shkencëtarët dhe inxhinierët që kërkojnë të shpjegojnë koncepte të reja do të bënin mirë të kërkonin origjinalitetin dhe të zotëronin metaforat – me fjalë të tjera, të mendonin për fjalët ashtu siç bëjnë poetët.
Sorin Adam Matei është Dekan i asociuar për Kërkime në Universitetin Purdue. Ky artikull është ribotuar nga Biseda nën një Licenca Creative Commons. Lexoni artikull origjinal.
