Kvant superpozitsiyasi

Kvant kompyuterlari - kvant hisoblashlarga asoslangan zamonaviy kompyuterlardir. Bu kompyuterlar hozircha yaratilish va mukammalashtirish jarayonida bo'lib, hozircha olimlarning laboratoriyalaridan tashqariga - ommaviy ishlab chiqarishga qo'yilmagan. Kvant hisoblashlari - kvant kompyuterlarida hisob-kitoblarni bajarishda kvant superpozitsiyasi va kvant chigalligi kabi kvant holatlarining kollektiv xossalarini qo'llashdan iborat. Kvant kompyuterlari, masalan, kriptografiyada juda keng qo'llanadigan katta sonlarni tub ko'paytuvchilarga ajratish kabi ma'lum bir muammo va masalalarni oddiy kompyuterlariga nisbatan ancha tez bajaradi. Kvant hisoblashlarini bajarishni o'rganish kvant informatikasi soxasining bir qismiga kiradi. Kvant kompyuterlarida kvant hisoblashlarni bajarish yaqin kelajakda farmatsevtika, ma'lumotlar xavfsizligi, ilm-fan va boshqa soxalarida o'z tatbiqini ko'rsatishi kutilmoqda.

Kvant kompyuterlari haqida deyarli hamma eshitgan. Lekin, kvant kompyuteri qanday ko‘rinishi va uning tuzilishi haqida hamma ham aytarli tasavvurga ega emas. Biz quyida, kvant kompyuterlarining ishlash tamoyillari va tuzilishi haqida imkon qadar tushunarli tilda bayon qilmoqchimiz.

Dunyo bo‘ylab axborot hajmi kundan-kunga ortib bormoqda. Statistikaga ko‘ra, raqamli formatdagi axborot hajmining o‘zi yiliga 30% ga ko‘paymoqda ekan. Yana o‘sha statistikada qayd etilishicha, oxirgi 5 yil ichida insoniyat tomonidan, undan avvalgi butun tarix mobaynida ishlab chiqarilgan axborot hajmidan ko‘ra ko‘proq axborot ishlab chiqarilgan emish. Buning qanchalik to‘g‘ri ekani ushbu manba mualliflarining vijdoniga havola albatta. Lekin, nima bo‘lganda ham, qachonlardir shunchaki ko‘l bo‘lgan va keyinchalik “axborot dengizi”ga aylangan informatsiya yig‘indisi, endilikda allaqachon “axborot ummoni”ga aylanib bo‘lgani ham inkor etib bo‘lmas haqiqatdir. Boz ustiga, zamonaviy dunyoda - paypoqdan tortib, kir mashinagacha bo‘lgan - deyarli hamma narsa internetga ulanmoqda.
“Internet buyumlar” degan atama so‘nggi yillarda bot-bot quloqqa chalinayotgani aynan shu tendensiya mahsulidir. Ya'ni, maishiy turmushdagi mayda-chuydalardan tortib, yirik ijtimoiy obyektlargacha bo‘lgan narsalar hammasi bir-biri bilan va odamzot bilan internet orqali ma'lumot almashib turadigan zamona keldi. Bu esa, har lahzada dunyo bo‘ylab o‘ta ulkan hajmdagi yangi-yangi axborot hajmi paydo bo‘layotganini bildiradi. Tahlilchilarning fikricha, yaqin 5-10 yil ichida dunyo bo‘yicha internet narsalarga ulangan buyumlarning soni, internetdan foydalanuvchi odamlar sonidan o‘sib ketar ekan...
Bunisi-ku mayli. Yaxshilikka harqalay. Chunki, alal-oqibat, internet-narsalar siz bilan bizning turmushimizni yanada farovonlashtiradi. Aytaylik, ayollarimizning allaqachon ishxonaga yetib bo‘lib, birdan miyasiga uradigan “dazmolni o‘chirmay chiqqan bo‘lsam-a???”- qabilidagi vahimali xayollariga o‘rin qolmaydi. Internet-narsalar safida bo‘lgan dazmolingizni o‘zini, yoki, uyni elektr tarmog‘idan masofadan uzib qo‘yish bilan xavotirni bartaraf etish mumkin bo‘ladi.
Lekin, boshqa muammo yuzaga chiqib keladi: jahonda shu darajada ulkan hajmda kun sayin ortib boruvchi axborot hajmini qayerdadir saqlash; qayta ishlash va superyuqori tezlikda uzatish kerak bo‘ladi.
Hozirda dunyodagi yetakchi IT-kompaniyalarda o‘ta kuchli superkompyuterlar mavjud va ular axborotni 50 petaflops tezlik bilan qayta ishlay olish quvvatiga ega. Ma'lumot uchun: 1 petaflops - soniyasiga 1 trillion operatsiya bajaradigan jarayondan 1000 tasi demakdir (kalkulyatorga tush ko‘rmang, baribir nollar yetishmaydi  ). Bu hozircha, insoniyatning axborotni saqlash va qayta ishlashga bo‘lgan ehtiyojini qondirishga yetarli bo‘lmoqda. Lekin, axborot hajmining yuqorida aytilgani singari o‘sish sur'atlari saqlanar ekan, yaqin yillarda bizga bu kamlik qilib qolishi hech gap emas. Albatta, yirik IT-korporatsiyalar o‘zlarida mavjud superkompyuterlarni yanada kattalashtirib, jismonan yirikroq qilishi orqali, unda saqlanishi mumkin bo‘lgan axborot hajmini ham ko‘paytirishi mumkin. Lekin, bu ham masalaga yechim bo‘la olmaydi. Chunki, ertami-kechmi, baribir jismoniy hajm ham o‘z chegarasiga yetib keladi. Qolaversa, protsessorning amaliy imkoniyatining ham muayyan fizik chegarasi mavjud va ushbu chegara ham tez orada zabt etib qo‘yilsa, axborotni qayta ishlash tezligi o‘zining chek-chegarasiga yetib kelgan bo‘ladi. Xullas, bu ketishda, yaqin yillarda Mur qonuni o‘z kuchini yo‘qotadi va insoniyatga, hozirgi superkompyuterlardan ham ko‘ra kuchliroq va tezkorroq bo‘lgan tamomila yangi turdagi axborot saqlash va qayta ishlash vositalari zarur bo‘lib qoladi. Yodingizga solib o‘tsak: Mur qonuni shunday xulosaki, u muallif Grexem Murning 1965-yilda olib borgan kuzatishlariga asoslangan bo‘lib, unga ko‘ra, elektron qurilmalarning axborotni saqlash va qayta ishlash imkoniyati har yili 2 barobardan oshib borar ekan. Albatta, 60-yillarda bu qonun haqiqatan ham dolzarb bo‘lgan. Lekin, zamonaviy elektronika o‘z imkoniyatlari chegarasiga yetib kelmoqda. Hozirda Mur qonuniga allaqachon tuzatishlar kiritilgan bo‘lib, ya'ni, 90-yillardan boshlab, elektron uskunalarning axborotni saqlash va qayta ishlash imkoniyati har yili emas, balki, har 18-oyda ikki barobar o‘smoqda. Ya'ni, axborotni saqlash va qayta ishlashga bo‘lgan fizik-jismonan imkoniyatining o‘sish sur'ati allaqachon pasaygan. Boz ustiga, mutaxassislar bugunga kelib, ushbu o‘sish sur'ati endilikda hatto 18-oy ham emas, balki, 2-yilni tashkil qilmoqda deb bong urishayotir. Xullas, xulosa shunday - bizga endi, ko‘zimiz o‘rganib, aqlimiz tanib, fe'limiz ko‘nikib qolgan oddiy - klassik kompyuterlardan va hatto siz bilan bizga o‘xshagan oddiy odamlarga imkonsiz bo‘lgan superkompyuterlardan ham ko‘ra qudratliroq bo‘lgan tamomila yangi turdagi kompyuterlarga ehtiyoj uyg‘onmoqda. Vahima qilayotganim yo‘q. Bu haqiqatan ham shunday. Rivojlanish tendensiyalarini oldindan chamalab kelayotgan yirik IT-kompaniyalar esa allaqachon otni qamchilashgan. Ishonavering, yaqin yillarda biz axborotni saqlash va qayta ishlash borasida tamomila yangi, inqilobiy zamonga qadam qo‘yamiz. Bu xuddiki, bir zamonlar odamlar hamma narsani esda saqlab yurishga majbur bo‘lishgani-yu, keyinchalik, yozuv ixtiro qilingach, axborotni yozib qo‘yish orqali ko‘p miqdorda ishonchli saqlashga o‘tilgani sivilizatsiya tarixida qanchalik katta inqilob bo‘lgan bo‘lsa, men aytayotgan yangi kompyuter texnologiyasi ham bundan kam darajadagi inqilob bo‘lmaydi. Yoki, odamlar yozishni bilgani bilan, kitoblarni qo‘lyozma orqali ko‘chirib ko‘paytirgani bois, bilimlar juda sekin tarqalgan zamonlardan keyin, Iogann Gutenberg ismli zot bosma matbaachilikni, ya'ni, kitob bosishni ixtiro qilgach, insoniyat sivilizatsiyasi ma'lumot almashinuv bo‘yicha yana ulkan, ikkinchi inqilobni amalga oshirgani ham, kutilayotgan inqilob oldida cho‘t bo‘lmay qoladi. Uzr so‘rayman. Maqolaning kirish qismini juda cho‘zib yubordim.

Xullas, yirik IT-korporatsiyalar, oddiy kompyuterlarning o‘rnini egallaydigan kelajak kompyuterlarni ishlab chiqishga allaqachon kirishishgan. Ushbu inqilobiy yangi kompyuterlar - kvant kompyuterlari bo‘ladi. Eng kamtarona chamalashlarga ko‘ra, kvant kompyuterlarining tezlik va axborot saqlash hajmi bo‘yicha imkoniyatlari hozirgi zamonaviy eng kuchli superkompyuterdan ham yuzlab marta kuchliroq bo‘ladi. Ekspertlarning ishonch bilan aytishicha, o‘sha, kelajak kvant kompyuterlari vositasida saraton kasalliklariga davo topish, jinoyatchilarni bir lahzada tutish, DNK molekulalarini tahlil qilish singari muammolarni hal qilish mumkin bo‘lar ekan. Ushbu va shunga o‘xshash yuzlab masalalar borki, haqiqatan ham, ularga hozirgi zamon superkompyuterlarining “tishi o‘tmaydi”. Kvant kompyuterlari esa, biz hali tasavvurimizga ham kelmagan yana minglab masalalarga yechib bersa va istiqbolda yana o‘zimiz kutmagan yangi qulayliklar, imkoniyatlar eshigini ochsa ajab emas.

Endi hissiyotga berilmasdan (hovliqmasdan  ), nima demoqchiligimni bir-boshdan, yotig‘i bilan tushuntirsam.
Kompyuterni kompyuter qilib turadigan eng asosiy qismi - uning prosessoridir. Kompyuterning qay darajada kuchli ekani aynan prosessorga bog‘liq bo‘ladi. IT-mutaxassislar slengida “tosh” deyiladigan ushbu matoh o‘zi ham minglab sondagi tranzistorlardan tuzilgan bo‘ladi. Tranzistor bu sistemaning eng sodda tarkibiy birligi bo‘lib, u qaysidir ma'noda - “o‘chirib-yoqish” uskunasi (pereklyuchatel) ga o‘xshaydi. Tranzistor ikki xil holatdan birida bo‘lishi mumkin. Ya'ni, u yoki “yoniq” yoki, “o‘chiq” bo‘ladi. Tranzistorlarning aynan shunday holat kombinatsiyasidan “ikkilik kod” yuzaga keladi. Ikkilik kod esa nol va bir raqamlaridan iborat bo‘lib, tranzistorning “o‘chiq” holatiga 0 raqami, “yoniq” holatiga esa 1 raqami muvofiq keladi. Dasturlash tillari va axborotni uzatish hamda, saqlash tamoyillari aynan ushbu 0 va 1 raqamlarining kombinatsiyalariga asoslanadi. Biz holat deb atayotgan ushbu 0 va 1 raqamlari informatikada “bit” deyilishini aytib o‘tamiz.

Bir vaqtlar hammamiz kvant kompyuter degan so'zlarni eshitganmiz, lekin aslida uning nima ekanligini juda kam odam biladi. Ko'pchilik uchun birinchi navbatda har qanday vazifani bajarishga qodir bo'lgan, lekin maksimal tezlikda ishlaydigan juda kuchli shaxsiy kompyuter keladi bu oddiy super kuchli kompyuter emas, Bu bundan ham ko'proq.

Garchi bu keng jamoatchilikning qo'lidan kelmaydigan mashinalar, ular juda ko'p qiziqishni keltirib chiqaradi. Ushbu maqolada biz kvant kompyuterining nima ekanligini va umuman nima uchun ishlatilishini va uning kuchiga asoslangan kvant hodisalari nimada ekanligini tushuntiramiz.
Indeks

• 
  1 Kvant kompyuter nima?
  
• 
  2 Kvant kompyuter qanday ishlaydi?
  
  • 
    2.1 Qubit nima?
    
  • 
    2.2 Kvant superpozitsiyasi nima?
    
  • 
    2.3 Kvant chalkashligi
    
  • 
    2.4 Mos kelmaslik
    
• 
  3 Google-ning kvant kompyuteri
  

Kvant kompyuter nima?