مایعات کوانتومی اسپین: افقی نو در فناوری کوانتومی

مایعات کوانتومی اسپین
خوشم اومد 0
خوشم نیومد 0

دانشمندان وجود مایعات کوانتومی اسپین را تایید کرده‌اند. این مایعات، حالتی شگفت‌انگیز از ماده هستند که در آن ذرات مغناطیسی پیوسته در حرکت‌اند. این کشف مهم در ماده‌ای به نام پیروکلر سریم استانات رخ داده است و می‌تواند محاسبات کوانتومی و علم فیزیک را دگرگون کند.

رمزگشایی از مایعات اسپین کوانتومی

مایعات اسپین کوانتومی، حالتی کمیاب و شگفت‌انگیز از ماده، مدت‌هاست ذهن فیزیکدانان را به خود مشغول کرده است. در این حالت، ذرات مغناطیسی از الگوهای معمول پیروی نمی‌کنند. حتی در دماهای بسیار پایین، نزدیک به صفر مطلق، این ذرات از قرار گرفتن در ساختارهای ثابت امتناع می‌کنند. در عوض، آنها دائما در حرکت هستند و رفتار سیال‌گونه‌ای از خود نشان می‌دهند که توسط قوانین عجیب مکانیک کوانتومی کنترل می‌شود. این کشف مهم که در ماده پیروکلر سریم استانات تایید شده است، به درک بنیادی فیزیک کمک می‌کند و راه را برای پیشرفت در فناوری کوانتومی هموار می‌سازد.

مایعات اسپین کوانتومی چه هستند؟

در اصل، یک مایع اسپین کوانتومی حالتی است که در آن اسپین‌های مغناطیسی الکترون‌ها “ناکام” می‌مانند. به دلیل ساختار هندسی بلور، این اسپین‌ها نمی‌توانند در یک نظم معمول قرار بگیرند. این پدیده که ناکامی مغناطیسی نامیده می‌شود، محیطی پویا ایجاد می‌کند. در این محیط، اسپین‌ها یک برهم‌نهی کوانتومی – از ویژگی‌های مکانیک کوانتومی – را تشکیل می‌دهند.

برخلاف مواد مغناطیسی معمولی که در آنها اسپین‌ها در الگوهای قابل پیش‌بینی (مانند جهت‌های موازی یا مخالف) هم‌تراز می‌شوند، مایعات اسپین کوانتومی رفتاری سیال‌گونه دارند. برهم‌کنش‌های بین اسپین‌ها، شبیه برهم‌کنش نور و ماده است و ویژگی‌هایی را نشان می‌دهد که به نیروهای بنیادی جهان شباهت دارند. با وجود دهه‌ها مطالعات نظری، اثبات تجربی مایعات اسپین کوانتومی تاکنون دشوار بوده است.

کشفی پیشگامانه

گروهی بین‌المللی از دانشمندان، شواهد قانع‌کننده‌ای برای وجود مایعات اسپین کوانتومی ارائه کرده‌اند. این پژوهش که در Nature Physics منتشر شده است، بر روی پیروکلر سریم استانات متمرکز است. این ماده، ساختار بلوری مناسبی برای ایجاد ناکامی مغناطیسی و در نتیجه ایجاد این حالت عجیب دارد.

محققان با استفاده از روش‌های پیشرفته‌ای مانند پراکندگی نوترون، رفتار مغناطیسی غیرمعمولی را مشاهده کردند که با مایعات اسپین کوانتومی مطابقت دارد. پراکندگی نوترون، ابزاری قدرتمند برای بررسی خواص مغناطیسی است. این روش به دانشمندان اجازه داد تا “برانگیختگی‌های اسپین جمعی” را مشاهده کنند. در این پدیده، اسپین‌ها مانند امواج نور رفتار می‌کنند. این مشاهده، گام مهمی در تایید این حالت بود که مدت‌ها به صورت نظری مطرح بود.

نقش پراکندگی نوترون

پراکندگی نوترون نقش کلیدی در این کشف داشت. این آزمایش که با استفاده از یک طیف‌سنج ویژه در Institut Laue-Langevin در فرانسه انجام شد، به داده‌های بسیار دقیق برای تشخیص نشانه‌های ظریف مایعات اسپین کوانتومی نیاز داشت.

رومن سیبیل، سرپرست تیم تجربی، توضیح داد: “شبه‌ذرات ماده کسری، که مدت‌ها در مایعات اسپین کوانتومی به صورت نظری مطرح شده بودند، برای اثبات تجربی به دقت و وضوح بسیار بالایی نیاز داشتند.”

این دستاورد با تحلیل‌های نظری آندری نویدومسکی در دانشگاه رایس تکمیل شد. این تیم با تطبیق داده‌های تجربی با مدل‌های نظری، شواهد “قطعی” مایعات اسپین کوانتومی را شناسایی و بر چالش‌هایی که سال‌ها مانع پیشرفت محققان بود، غلبه کرد.

اسپینون‌ها: اجزای سازنده مایعات اسپین کوانتومی

یکی از جذاب‌ترین جنبه‌های مایعات اسپین کوانتومی، پیدایش اسپینون‌ها است. در فیزیک کلاسیک، اسپین الکترون – که مانند یک آهنربای کوچک است – به صورت یک واحد کامل جهت خود را تغییر می‌دهد. اما در مایعات اسپین کوانتومی، این فرآیند کسری می‌شود.

به جای چرخش به عنوان یک واحد، اسپین یک الکترون به دو بخش مستقل به نام اسپینون تقسیم می‌شود. این ذرات عجیب، نیمی از درجه آزادی اسپین را حمل می‌کنند و مانند بارهای مغناطیسی رفتار می‌کنند. نکته جالب این است که برهم‌کنش بین اسپینون‌ها شبیه برهم‌کنش الکترون‌ها از طریق فوتون‌ها در الکترودینامیک کوانتومی (QED) است که نظریه‌ای اساسی در مدل استاندارد فیزیک ذرات است.

در مایعات اسپین کوانتومی، این برهم‌کنش‌ها توسط ذرات “نور مانند” میانجی‌گری می‌شوند، اما با تفاوت‌هایی اساسی. برای مثال، نور در این حالت بسیار کندتر حرکت می‌کند – حدود ۱۰۰ برابر کندتر از سرعت اسپینون‌ها – که منجر به پدیده‌هایی مانند تابش چرنکوف و افزایش تولید ذرات-ضد ذرات می‌شود.

پیامدهایی برای فناوری کوانتومی

کشف مایعات اسپین کوانتومی، پیامدهای مهمی برای فیزیک بنیادی و کاربردهای عملی دارد. موادی مانند پیروکلر سریم استانات، بستر مناسبی برای مطالعه پدیده‌های کوانتومی عجیب، از جمله کسری شدن و میدان‌های پیمانه‌ای نوظهور، فراهم می‌کنند.

از نظر فناوری، این یافته‌ها می‌توانند انقلابی در محاسبات کوانتومی ایجاد کنند. مایعات اسپین کوانتومی چارچوبی مناسب برای توسعه کیوبیت‌ها – واحدهای اصلی محاسبات کوانتومی – ارائه می‌دهند که کمتر در معرض خطاهای ناشی از اختلالات محیطی هستند. علاوه بر این، قابلیت تنظیم این مواد می‌تواند امکانات جدیدی را برای کاوش ذرات دوگانه مانند ویژن‌ها که بارهای الکتریکی را حمل می‌کنند و شبیه تک قطبی‌های مغناطیسی نظری هستند، فراهم کند.

فصلی نو در فیزیک

فراتر از پتانسیل فناوری آن، این کشف نقطه عطفی در درک ما از نیروهای بنیادی جهان است. محققان با برقراری ارتباط بین مایعات اسپین کوانتومی و نظریه‌های تثبیت‌شده مانند QED، راه‌های جدیدی را برای کاوش برهم‌کنش‌های ذرات در “جهان‌های آزمایشگاهی” ایجاد شده در مواد باز می‌کنند.

همانطور که آندری نویدومسکی بیان کرد، این کار نه تنها نظریه‌های قدیمی را تایید می‌کند، بلکه الهام‌بخش تحقیقات آینده در مورد پدیده‌هایی مانند ذرات تک قطبی مانند – ایده‌ای که حدود یک قرن پیش توسط فیزیکدان پل دیراک مطرح شد – است.

موفقیت این مطالعه، قدرت همکاری بین‌رشته‌ای، ترکیب نبوغ تجربی با دقت نظری برای حل یکی از پیچیده‌ترین معماهای فیزیک کوانتومی را نشان می‌دهد.

نتیجه‌گیری

تایید مایعات اسپین کوانتومی نقطه عطفی در علم بنیادی و فناوری کاربردی است. این پیشرفت با ارائه شواهدی از برانگیختگی‌های کسری و میدان‌های پیمانه‌ای نوظهور، نه تنها دهه‌ها مطالعات نظری را تایید می‌کند، بلکه درهایی را به روی پیشرفت‌های انقلابی در محاسبات کوانتومی و فراتر از آن می‌گشاید. همچنان که محققان به کاوش این حالت‌های عجیب ماده ادامه می‌دهند، آینده فیزیک – و فناوری – هیجان‌انگیزتر از همیشه به نظر می‌رسد.

اگر به خواندن کامل این مطلب علاقه‌مندید، روی لینک مقابل کلیک کنید: scitechdaily

خوشم اومد 0
خوشم نیومد 0

موضوع مورد علاقه خود را انتخاب کنید:

| | |

تکامل زنجیره فکری پیشرفته: نگاهی عمیق به CoT

زنجیره فکری پیشرفته
خوشم اومد 0
خوشم نیومد 0

به دنیای پیچیده زنجیره فکری پیشرفته (CoT)، یکی از روش‌های نوآورانه برای استدلال در مدل‌های زبانی بزرگ، وارد می‌شویم. در این بررسی، سیر تحول CoT را از مراحل ابتدایی استدلال گام به گام تا تکنیک‌های پیشرفته‌تر، شامل رمزگشایی و رویکردهای مبتنی بر درخت، دنبال می‌کنیم. همچنین یاد می‌گیریم چگونه این تکنیک‌ها می‌توانند دقت و عمق خروجی‌های مدل را بهبود بخشند.

درک زنجیره فکری (CoT)

زنجیره فکری (Chain of Thought : CoT) روشی برای استدلال است. این روش به مدل‌های زبانی بزرگ (LLM) کمک می‌کند تا فرآیند فکری خود را آشکار کنند. CoT که در سال ۲۰۲۲ توسط دیپ‌مایند معرفی شد، مدل‌ها را قادر می‌سازد مسائل پیچیده را به گام‌های منطقی کوچک‌تر تقسیم کنند. این تقسیم‌بندی به دستیابی به پاسخ‌های دقیق‌تر منجر می‌شود. CoT با درخواست از مدل‌ها برای “فکر کردن گام به گام” از توانایی‌های استدلال ذاتی آنها بهره می‌برد. این بهره‌وری چه با رویکرد بدون نمونه (zero-shot) و چه با رویکرد کم‌نمونه (few-shot) امکان‌پذیر است.

به عنوان مثال، اضافه کردن عبارت “بیایید گام به گام فکر کنیم” به یک درخواست، می‌تواند عملکرد بسیاری از LLMها مانند ChatGPT و Claude و سایرین را به طور قابل توجهی بهبود دهد. از آن زمان، این رویکرد الهام‌بخش مجموعه‌ای از تکنیک‌های پیشرفته برای بهبود و تطبیق CoT با کاربردهای مختلف شده است.

تکامل تکنیک‌های CoT

ساخت زنجیره‌های استدلال

در ابتدا، CoT بر مسیرهای استدلال خطی تمرکز داشت. در این روش، مدل از ابتدا تا انتها در یک رشته واحد روی مسئله کار می‌کرد. اما پیشرفت‌هایی مانند سیستم بنجامین کلیگر، CoT را به سطح جدیدی رسانده است. این سیستم، استدلال را به چندین زنجیره تکراری تقسیم می‌کند. در این سیستم‌ها، هر مرحله بر اساس مرحله قبلی ساخته می‌شود. این تکرار تا زمانی ادامه می‌یابد که مدل به پاسخ خود اطمینان پیدا کند.

برای مثال، در پاسخ به سوال “چند حرف R در کلمه Strawberry وجود دارد؟” این روش تضمین می‌کند که مدل قبل از نتیجه‌گیری، هر مرحله را با دقت بررسی کند. این رویکرد بهبود قابل توجهی در عملکرد، به ویژه با مدل‌های بزرگتر مانند Llama 3.1 70B، در وظایف ریاضی نشان داده است.

تنظیم دقیق برای استدلال

تنظیم دقیق مدل‌های کوچک‌تر روی مجموعه داده‌های CoT برای نزدیک کردن توانایی‌های استدلال آنها به مدل‌های بزرگتر، مورد بررسی قرار گرفته است. اگرچه این مسیر امیدوارکننده است، اما نتایج فعلی هنوز پیشرفت چشمگیری نسبت به مدل‌های پایه نشان نداده‌اند. مخازن متن‌باز حاوی مجموعه داده‌های CoT، منابع زیادی برای آزمایش فراهم می‌کنند. اما برای شکوفا شدن پتانسیل کامل تنظیم دقیق برای استدلال CoT، به مدل‌ها و مستندات بهتری نیاز داریم.

فراتر از درخواست: تکنیک‌های تولید پیشرفته

CoT اغلب به درخواست متکی است. اما روش‌های جایگزینی مانند استراتژی‌های رمزگشایی نیز وجود دارند. این روش‌ها می‌توانند خروجی‌های مدل را بدون نیاز به دستورالعمل‌های صریح بهینه کنند. این روش‌ها عبارتند از:

  • رمزگشایی حریصانه (Greedy Decoding): این روش، مدل را مجبور می‌کند در هر مرحله محتمل‌ترین نشانه را انتخاب کند. این امر می‌تواند به پاسخ‌های قطعی‌تر منجر شود.
  • نمونه‌گیری دما و Top-p: این پارامترها به ترتیب تصادفی بودن و تنوع انتخاب نشانه را کنترل می‌کنند. برای مثال، دماهای بالاتر خلاقیت را افزایش می‌دهند، اما ممکن است دقت را کاهش دهند. مقادیر پایین‌تر top-p، مجموعه نشانه‌ها را به کاندیداهای با احتمال بالا محدود می‌کنند.

رمزگشایی CoT

رمزگشایی CoT، نوآوری مهمی در روش‌های رمزگشایی است که توسط دیپ‌مایند معرفی شده است. این تکنیک، نمرات اطمینان داخلی مدل را در چندین مسیر استدلال ارزیابی می‌کند. با انتخاب مسیری با بالاترین امتیاز احتمال، رمزگشایی CoT دقیق‌ترین و مطمئن‌ترین پاسخ را ارائه می‌دهد. این روش نتایج بهتری نسبت به رویکردهای ساده‌تر مانند رمزگشایی حریصانه نشان داده است.

ظهور روش‌های مبتنی بر درخت

زنجیره فکری با خودسازگاری (CoT-SC)

CoT-SC چندین مسیر استدلال ایجاد می‌کند و سازگاری آنها را برای انتخاب قابل اعتمادترین پاسخ ارزیابی می‌کند. این رویکرد، بهبود ۱ تا ۸ درصدی را در وظایفی مانند استدلال حسابی نشان داده است.

درخت افکار (ToT)

ToT که توسط دانشگاه پرینستون و دیپ‌مایند در اواخر سال ۲۰۲۳ معرفی شد، رشته‌های استدلال را به صورت پویا در حین پیشرفت ارزیابی می‌کند. برخلاف CoT-SC که مسیرها را تنها پس از تکمیل ارزیابی می‌کند، ToT رشته‌های کم‌امیدکننده را در میانه راه حذف می‌کند و منابع محاسباتی را بر روی راه‌حل‌های عملی متمرکز می‌کند.

ToT را می‌توان با جستجوی درخت مونت کارلو (MCTS) بهبود بخشید. MCTS، پس انتشار را برای اصلاح تصمیمات قبلی بر اساس اطلاعات جدید معرفی می‌کند. این ترکیب، امکان استدلال کارآمدتر و دقیق‌تر، به ویژه در حوزه‌های حساس که دقت بسیار مهم است، را فراهم می‌کند.

هزینه و کارایی در کاربردهای CoT

تکنیک‌های پیشرفته CoT دقت را بهبود می‌بخشند، اما هزینه‌های محاسباتی و تأخیر را نیز افزایش می‌دهند. برای مثال، برخی از روش‌ها به حداکثر هشت برابر قدرت پردازش بیشتر برای هر سوال نیاز دارند. این امر به هزینه‌های عملیاتی بالاتر برای برنامه‌هایی مانند خدمات مشتری یا تصمیم‌گیری سازمانی منجر می‌شود.

در چنین مواردی، تنظیم دقیق مدل‌ها برای گنجاندن مستقیم استدلال CoT می‌تواند هزینه‌ها را کاهش دهد، اگرچه این همچنان یک حوزه تحقیقاتی فعال است. ایجاد تعادل بین دقت و کارایی، کلید تعیین زمان و نحوه استقرار تکنیک‌های CoT است.

پیاده‌سازی عملی: رمزگشایی CoT

برای نشان دادن کاربرد عملی تکنیک‌های CoT، می‌توان یک سیستم رمزگشایی CoT را با استفاده از یک مدل متن‌باز مانند Llama 3.1 8B پیاده‌سازی کرد. این سیستم به صورت پویا پیچیدگی یک سوال را برای تعیین تعداد مسیرهای استدلال (k) مورد نیاز ارزیابی می‌کند. با استفاده از logits (نمرات اطمینان خام) و ایجاد چندین مسیر استدلال، سیستم مطمئن‌ترین پاسخ را انتخاب می‌کند.

فرآیند پیاده‌سازی شامل موارد زیر است:
1. راه‌اندازی مدل: دانلود و ذخیره وزن‌ها از Hugging Face برای دسترسی سریع.
2. تعریف پارامترها: پیکربندی تنظیمات رمزگشایی مانند مقادیر k و معیارهای ارزیابی.
3. توسعه API: ایجاد یک نقطه پایانی با استفاده از پلتفرم‌هایی مانند Beam.Cloud برای ارائه مدل و مدیریت درخواست‌های کاربر.

نتیجه یک سیستم هوشمند است که می‌تواند پاسخ‌های دقیق با نمرات اطمینان ارائه دهد و پیچیدگی استدلال خود را بر اساس دشواری سوال تنظیم کند.

افکار نهایی

زنجیره فکری و انواع پیشرفته آن، نشان دهنده جهش بزرگی در قابلیت‌های LLM هستند. از استدلال گام به گام ساده گرفته تا روش‌های پیچیده مبتنی بر درخت، این تکنیک‌ها مدل‌ها را قادر می‌سازند تا با دقت بیشتری به مسائل پیچیده بپردازند. در حالی که چالش‌هایی مانند کارایی هزینه و مقیاس‌پذیری همچنان وجود دارد، CoT به عنوان پایه‌ای برای مهندسی درخواست و استراتژی‌های استدلال هوش مصنوعی در حال تکامل است.

با درک و پیاده‌سازی این چارچوب‌ها، توسعه‌دهندگان می‌توانند امکانات جدیدی برای ساخت سیستم‌های هوشمند و انعطاف‌پذیر متناسب با کاربردهای مختلف ایجاد کنند.

اگر به خواندن کامل این مطلب علاقه‌مندید، روی لینک مقابل کلیک کنید: towardsdatascience.com

خوشم اومد 0
خوشم نیومد 0

موضوع مورد علاقه خود را انتخاب کنید:

| | | |

بازآفرینی انیشتین و نیوتن: دوگانگی موج-ذره و جهشی در جهان کوانتوم

دوگانگی موج-ذره در مکانیک کوانتومی
خوشم اومد 0
خوشم نیومد 0

پژوهشگران دانشگاه لینشوپینگ موفق شده‌اند ارتباط نظری بین مکانیک کوانتومی و نظریه اطلاعات را به‌صورت تجربی تأیید کنند. این کشف علمی، اصل مکملیت را با مفهوم عدم قطعیت آنتروپیک پیوند داده و موجب تحولی در درک ما از دوگانگی موج-ذره شده است. این پیشرفت همچنین راه را برای بهبود ارتباطات کوانتومی، رمزنگاری و محاسبات کوانتومی هموار می‌کند.

انقلابی در فهم ما از دوگانگی موج-ذره

پژوهشگران دانشگاه لینشوپینگ، به همراه همکارانی از لهستان و شیلی، اعتبار تجربی یک نظریه ده ساله را نشان داده‌اند. این نظریه، اصل مکملیت مکانیک کوانتومی را با عدم قطعیت آنتروپیک نظریه اطلاعات مرتبط می‌کند. این پژوهش که در Science Advances منتشر شده، فهم ما از مکانیک کوانتومی را ژرف‌تر می‌کند. همچنین، پتانسیل بالایی برای فناوری‌های آینده در ارتباطات کوانتومی، رمزنگاری کوانتومی و مترولوژی کوانتومی دارد.

سفری تاریخی: از نیوتن تا کوانتوم

مفهوم دوگانگی موج-ذره قرن‌هاست که دانشمندان را شگفت‌زده کرده است. در قرن هفدهم، اسحاق نیوتن بیان کرد که نور از ذرات تشکیل شده است. در همان زمان، دانشمندان دیگر بر این باور بودند که نور مانند موج رفتار می‌کند. نیوتن در نهایت پیشنهاد داد که نور ممکن است هر دو ویژگی را داشته باشد، هرچند شواهد قطعی نداشت.

در قرن نوزدهم، آزمایش‌ها ویژگی‌های موجی نور را نشان دادند و ظاهراً به این بحث خاتمه دادند. اما در اوایل قرن بیستم، این دیدگاه تغییر کرد. ماکس پلانک و آلبرت انیشتین نظریه موجی بودن نور را به چالش کشیدند. آنها پیشنهاد کردند که نور ویژگی‌های ذره‌ای نیز دارد. در دهه ۱۹۲۰، آرتور کامپتون شواهدی از انرژی جنبشی نور – یک ویژگی کلاسیک ذره – ارائه داد. این یافته، مفهوم وجود نور هم به صورت موج و هم به صورت ذره را تثبیت کرد. این دوگانگی فراتر از نور است و شامل الکترون‌ها و سایر ذرات بنیادی نیز می‌شود.

اصل مکملیت و عدم قطعیت آنتروپیک

یکی از چالش‌های اصلی در مکانیک کوانتومی، عدم امکان مشاهده همزمان ویژگی‌های موج و ذره در یک فوتون است. این محدودیت توسط اصل مکملیت نیلز بور توضیح داده می‌شود. این اصل در اواسط دهه ۱۹۲۰ معرفی شد. بر اساس این اصل، ترکیب مشاهده شده از ویژگی‌های موج و ذره، صرف‌نظر از روش اندازه‌گیری، ثابت می‌ماند.

در سال ۲۰۱۴، پژوهشگران سنگاپوری به صورت ریاضی اصل مکملیت را با عدم قطعیت آنتروپیک مرتبط کردند. عدم قطعیت آنتروپیک معیاری از اطلاعات ناشناخته در یک سیستم کوانتومی است. آنها نشان دادند که هر ویژگی موج یا ذره اندازه‌گیری نشده سیستم کوانتومی، حداقل یک بیت اطلاعات ناشناخته دارد.

تأیید تجربی در دانشگاه لینشوپینگ

با تکیه بر این بنیان نظری، پژوهشگران دانشگاه لینشوپینگ آزمایشی طراحی کردند تا یافته‌های تیم سنگاپوری را تأیید کنند. در این آزمایش از فوتون‌هایی با تکانه زاویه‌ای مداری – یک حرکت دایره‌ای – استفاده شد. این روش با حرکت نوسانی سنتی متفاوت است. این انتخاب، کاربردی بودن آزمایش را برای آینده افزایش می‌دهد، زیرا تکانه زاویه‌ای مداری می‌تواند اطلاعات بیشتری را رمزگذاری کند.

این آزمایش از یک تداخل‌سنج استفاده کرد. تداخل‌سنج دستگاهی است که معمولاً در تحقیقات کوانتومی استفاده می‌شود. فوتون‌ها به سمت یک تقسیم‌کننده پرتو کریستالی هدایت شدند. این تقسیم‌کننده، مسیر فوتون‌ها را به دو مسیر جداگانه تقسیم می‌کرد. سپس این مسیرها در یک تقسیم‌کننده پرتو دوم منعکس و دوباره ترکیب شدند. در آنجا، اندازه‌گیری‌ها مشخص می‌کردند که آیا فوتون‌ها به صورت موج، ذره یا ترکیبی از هر دو رفتار می‌کنند.

نکته متمایزکننده این آزمایش، توانایی پژوهشگران در قرار دادن جزئی تقسیم‌کننده پرتو دوم در مسیر فوتون بود. این تنظیم خاص به آنها اجازه می‌داد تا ویژگی‌های موج و ذره را همزمان اندازه‌گیری کنند.

پیامدهایی برای فناوری کوانتومی

یافته‌های این پژوهش پیامدهای گسترده‌ای دارد:

  • ارتباطات کوانتومی: این تنظیمات تجربی می‌تواند برای توزیع ایمن کلیدهای رمزگذاری استفاده شود. این امر، جنبه مهمی از رمزنگاری کوانتومی است.
  • مترولوژی کوانتومی: با استفاده از اصول نشان داده شده در آزمایش، می‌توان به دقت بیشتری در سیستم‌های اندازه‌گیری دست یافت.
  • تحقیقات بنیادی: فراتر از کاربردهای عملی، این آزمایش راه‌های جدیدی را برای کاوش در ماهیت بنیادی مکانیک کوانتومی باز می‌کند.

گیلمهر بی خاویر، پژوهشگر دانشگاه لینشوپینگ، توضیح می‌دهد: “این آزمایش راهی مستقیم برای مشاهده رفتار مکانیکی کوانتومی پایه است. در حالی که نمی‌توانیم به طور کامل آنچه را که در داخل آزمایش اتفاق می‌افتد تصور کنیم، پیامدهای آن برای کاربردهای عملی هم جذاب و هم عمیق است.”

نگاهی به آینده

این تیم در حال برنامه‌ریزی آزمایش‌های بعدی است. آنها می‌خواهند چگونگی رفتار فوتون‌ها هنگام تنظیمات کریستال دوم، لحظاتی قبل از رسیدن به آن را بررسی کنند. این می‌تواند کاربرد این تنظیمات را در ارتباطات ایمن و توزیع کلید رمزگذاری بیشتر تأیید کند. دنیل اشپیگل-لکسنه، دانشجوی دکترای درگیر در این پروژه، می‌گوید: “کاربردهای بالقوه این تنظیمات تجربی در فناوری‌های کوانتومی بسیار هیجان‌انگیز است.”

نتیجه‌گیری

آزمایش پیشگامانه دانشگاه لینشوپینگ، دهه‌ها پژوهش نظری و تجربی را به هم پیوند می‌دهد. این آزمایش، بینش‌های جدیدی را در مورد یکی از گیج‌کننده‌ترین پدیده‌های مکانیک کوانتومی، یعنی دوگانگی موج-ذره، ارائه می‌دهد. این پژوهش با ادغام اصول مکانیک کوانتومی با نظریه اطلاعات، فهم ما از دنیای کوانتوم را ژرف‌تر می‌کند. همچنین، زمینه را برای پیشرفت‌های متحول‌کننده در فناوری و علم فراهم می‌کند.

اگر به خواندن کامل این مطلب علاقه‌مندید، روی لینک مقابل کلیک کنید: scitechdaily

خوشم اومد 0
خوشم نیومد 0

موضوع مورد علاقه خود را انتخاب کنید:

| | | |

چیپ کوانتومی «Willow» گوگل و پیامدهای آن برای رمزنگاری ارزهای دیجیتال

رمزنگاری کوانتومی
خوشم اومد 0
خوشم نیومد 0

تراشه‌ی کوانتومی انقلابی گوگل، Willow، می‌تواند تحولی بزرگ در رمزنگاری کوانتومی ایجاد کند. این پیشرفت، سرعت و دقت محاسباتی را به سطحی بی‌سابقه می‌رساند و چالش‌های تازه‌ای را برای امنیت ارزهای دیجیتال به همراه دارد. با اینکه این فناوری هنوز سال‌ها تا کاربرد عملی فاصله دارد، تأثیر بالقوه‌ی آن بر توسعه‌ی راه‌حل‌های مقاوم در برابر کوانتوم بسیار چشمگیر است.

جهشی انقلابی: تراشه‌ی کوانتومی Willow گوگل

معرفی تراشه‌ی محاسبات کوانتومی جدید گوگل، Willow، لحظه‌ای مهم در نوآوری فناوری است. Willow با بهبود قابل توجه سرعت محاسبات و کاهش نرخ خطا، نشانگر پیشرفتی بزرگ در مسیر عملی کردن محاسبات کوانتومی برای کاربردهای دنیای واقعی است. این پیشرفت، به ویژه برای صنایعی که به الگوریتم‌های پیچیده‌ی رمزنگاری متکی هستند، مانند ارزهای دیجیتال، جذابیت خاصی دارد.

محاسبات کوانتومی بر پایه‌ی کیوبیت‌ها عمل می‌کند. کیوبیت‌ها به پردازنده‌ها اجازه می‌دهند تا چندین محاسبه را همزمان انجام دهند. این قابلیت، به رایانه‌های کوانتومی برتری نسبت به سیستم‌های کلاسیک می‌دهد. سیستم‌های کلاسیک باید مسائل را به صورت متوالی حل کنند. دقت و کارایی بهبود یافته‌ی Willow، آن را از تراشه‌های کوانتومی قبلی متمایز می‌کند. این ویژگی، Willow را به عاملی بالقوه برای تغییر زمینه‌های مختلف، از جمله رمزنگاری، تبدیل می‌کند.

نحوه‌ی عملکرد Willow و پیامدهای آن برای رمزنگاری

برای درک نوآوری Willow، قیاس ساده‌ای را که تیم هالبیک، استراتژیست فناوری در DigiCert ارائه داده است، در نظر بگیرید. او محاسبات کلاسیک را به پیمایش یک هزارتو در هر بار یک مسیر، تشبیه می‌کند. در مقابل، محاسبات کوانتومی تمام مسیرهای ممکن را به طور همزمان بررسی می‌کند. این توانایی، سیستم‌های کوانتومی را قادر می‌سازد تا مسائل را به طور نمایی سریع‌تر از سیستم‌های کلاسیک حل کنند.

برای ارزهای دیجیتالی مانند بیت‌کوین، این مزیت کوانتومی نگرانی‌هایی ایجاد می‌کند. ارزهای دیجیتال برای ایمن‌سازی تراکنش‌ها و محافظت از داده‌های کاربر، به الگوریتم‌های رمزنگاری متکی هستند. اگر رایانه‌های کوانتومی به اندازه‌ی کافی قدرتمند شوند، از نظر تئوری می‌توانند این الگوریتم‌ها را رمزگشایی کنند. این امر، امنیت سیستم‌های بلاک چین را به خطر می‌اندازد. با این حال، کارشناسان تأکید می‌کنند که چنین سناریویی هنوز دور از واقعیت است.

محدودیت‌های فعلی محاسبات کوانتومی

با وجود پیشرفت‌های Willow، رایانه‌های کوانتومی هنوز در مراحل ابتدایی خود هستند. کیوبیت‌ها، اجزای اصلی محاسبات کوانتومی، به طور بدنامی ناپایدار و مستعد خطا هستند. Willow برخی از این مشکلات را از طریق قابلیت‌های بهبود یافته‌ی تصحیح خطا برطرف می‌کند. اما هنوز از یک سیستم کاملاً قابل اعتماد فاصله دارد.

به گفته‌ی هالبیک، رایانه‌های کوانتومی عملی که قادر به شکستن الگوریتم‌های رمزنگاری مدرن باشند، حداقل یک دهه با ما فاصله دارند. پیش‌بینی‌های فعلی تخمین می‌زنند که توسعه‌ی چنین سیستم‌هایی به میلیون‌ها کیوبیت نیاز دارد. در حالی که پردازنده‌های کوانتومی امروزی، مانند Willow، در مقیاس حدود ۱۰۰ کیوبیت کار می‌کنند.

فرصت ده ساله‌ی صنعت ارزهای دیجیتال

گوگل در مورد محدودیت‌های Willow در زمینه‌ی امنیت ارزهای دیجیتال شفاف بوده است. سخنگوی این شرکت تأیید کرده است که Willow نمی‌تواند سیستم‌های رمزنگاری مدرن را بشکند. همچنین رایانه‌های کوانتومی که قادر به انجام چنین کارهایی باشند، بعید است که تا ۱۰ تا ۱۵ سال دیگر ظاهر شوند.

حتی اگر Willow بتواند محاسبات خاصی را به طور قابل توجهی سرعت بخشد، کارشناسانی مانند پارک فایرباخ معتقدند که شکستن استانداردهای رمزنگاری امروزی هنوز زمان بسیار زیادی – حتی بیشتر از عمر جهان – طول می‌کشد. این بازه‌ی زمانی طولانی به صنعت ارزهای دیجیتال فرصتی حیاتی برای آماده شدن در برابر تهدیدات بالقوه‌ی کوانتومی می‌دهد.

آمادگی برای آینده‌ای مقاوم در برابر کوانتوم

صنعت ارزهای دیجیتال از قبل شروع به توسعه‌ی الگوریتم‌های رمزنگاری «مقاوم در برابر کوانتوم» کرده است. این کار برای مقابله با ظهور نهایی محاسبات کوانتومی انجام می‌شود. مؤسسه‌ی ملی استاندارد و فناوری (NIST) چندین الگوریتم مقاوم در برابر کوانتوم منتشر کرده است. این الگوریتم‌ها برای مقاومت در برابر حملات از سیستم‌های کلاسیک و کوانتومی طراحی شده‌اند.

گوگل و سایر رهبران فناوری با آزمایش الگوریتم‌های مقاوم در برابر کوانتوم، به طور فعال از این تلاش‌ها حمایت می‌کنند. هدف این ابتکارات، ایجاد روش‌های رمزگذاری مبتنی بر مسائلی ریاضی است که حل آنها برای رایانه‌های کوانتومی دشوار است. همانطور که هالبیک اشاره می‌کند، در حالی که سیستم‌های کوانتومی در شکستن الگوریتم‌های رمزنگاری سنتی برتری دارند، در برابر چالش‌های ریاضی جایگزین، کمتر مؤثر هستند.

فراتر از ارزهای دیجیتال: تأثیر گسترده‌تر محاسبات کوانتومی

در حالی که بخش زیادی از بحث‌های فعلی بر پیامدهای محاسبات کوانتومی برای ارزهای دیجیتال متمرکز است، کاربردهای بالقوه‌ی آن بسیار فراتر از امور مالی دیجیتال است. تقی رضا، استادیار دانشگاه ماساچوست امهرست، آینده‌ای را پیش‌بینی می‌کند که در آن پیشرفت‌های کوانتومی، صنایعی مانند هوش مصنوعی، مراقبت‌های بهداشتی، انرژی و امنیت سایبری را متحول خواهد کرد.

به عنوان مثال، محاسبات کوانتومی می‌تواند روش‌های رمزگذاری فوق‌العاده ایمن را فعال کند. همچنین می‌تواند پیشرفت‌ها را در کشف دارو، مدل‌سازی آب و هوا و یادگیری ماشین تسریع کند. جرمی آلایر، مدیر عامل شرکت ارز دیجیتال Circle، ماهیت دوگانه‌ی محاسبات کوانتومی را هم به عنوان یک خطر و هم به عنوان یک فرصت برجسته می‌کند. او پیش‌بینی می‌کند که این فناوری نه تنها سیستم‌های رمزنگاری موجود را به چالش می‌کشد، بلکه نوآوری را در ایجاد اقدامات امنیتی قوی‌تر نیز هدایت می‌کند.

مسیر پیش رو

تراشه‌ی Willow گوگل، پتانسیل عظیم محاسبات کوانتومی را برجسته می‌کند. در عین حال، بر نیاز به اقدامات پیشگیرانه برای رسیدگی به چالش‌های آن تأکید می‌کند. اگرچه ارزهای دیجیتال در حال حاضر ایمن هستند، اما این صنعت باید به توسعه‌ی راه‌حل‌های مقاوم در برابر کوانتوم برای حفاظت از آینده‌ی خود ادامه دهد.

با تکامل فناوری، تأثیر گسترده‌تر محاسبات کوانتومی احتمالاً بخش‌های متعددی را، از امنیت داده‌ها گرفته تا تحقیقات علمی، دوباره تعریف خواهد کرد. نکته‌ی اصلی واضح است: در حالی که محاسبات کوانتومی خطرات نظری ایجاد می‌کند، فرصت‌های بی‌سابقه‌ای را برای نوآوری و بهبود زیرساخت دیجیتال ما نیز ارائه می‌دهد.

اگر به خواندن کامل این مطلب علاقه‌مندید، روی لینک مقابل کلیک کنید: cnbc

خوشم اومد 0
خوشم نیومد 0

موضوع مورد علاقه خود را انتخاب کنید:

| | | |