Việc tưởng tượng một mạng xã hội hoạt động như một phòng thí nghiệm lượng tử nghe có vẻ giống khoa học viễn tưởng, nhưng có những nghiên cứu khoa học chứng minh điều này một cách nghiêm ngặt. Cụ thể, Các nhà nghiên cứu từ Đại học Seville đã đề xuất một khái niệm về mạng xã hội lượng tử điều này thay đổi cách chúng ta nghĩ về tương tác trên các nền tảng như Facebook hoặc các nền tảng tương tự, và một số thí nghiệm với ánh sáng cho thấy hành vi tập thể khá giống với hành vi xã hội.
Hơn nữa, song song với thế giới ẩn dụ, Mạng lưới truyền thông lượng tử thực sự đang dần hình thành với QKD, bộ lặp, vệ tinh và các dự án như EuroQCI, cùng với những tiến bộ lý thuyết giúp tối ưu hóa tính ổn định của nó với ít tài nguyên. Tất cả những điều này được đan xen với các phương pháp tiếp cận mới về trí tuệ nhân tạo lượng tử, nơi các bể chứa lượng tử và thậm chí cả các memristor quang tử Chúng mở ra con đường cho các nhiệm vụ dự đoán phức tạp.
Nói về mạng xã hội lượng tử có nghĩa là gì?
Một nhóm từ Đại học Seville, với Adán Cabello Quintero, Antonio José López Tarrida và José Ramón Portillo Fernández, hợp tác với Lars Eirik Danielsen từ Đại học Bergen, đã mô tả những tương tác sẽ như thế nào trong một mạng lưới nơi các liên kết giữa các tác nhân phụ thuộc vào các thí nghiệm lượng tử do mỗi người dùng tạo ra. Đề xuất của họ đã được đăng trên trang bìa của Tạp chí Vật lý A, một sự ghi nhận cho sự quan tâm được tạo ra bởi sự kết hợp giữa xã hội học và cơ học lượng tử.
Ý tưởng chính là, thay vì chỉ dựa vào những mối quan hệ có sẵn như tình bạn hoặc sở thích, Các kết nối có thể được xác định bằng kết quả của phép đo lượng tửTrong bối cảnh này, nó cho thấy có những tình huống mà khả năng phản hồi tích cực (ví dụ, chấp nhận lời mời hoặc phản hồi tin nhắn) có thể lớn hơn trong các mạng lưới cổ điển tương đương, một thứ có giá trị to lớn cho các chiến lược truyền thông hoặc quảng cáo có mục tiêu.
Một nền tảng như vậy sẽ trông như thế nào trong thực tế? Hiện tại, nó chỉ là một khái niệm, nhưng Nó có thể được tạo mẫu ở quy mô nhỏ trong phòng thí nghiệm.Mỗi tác nhân sẽ có một thiết bị để đo, ví dụ, các photon di chuyển giữa các nút mạng và mô hình kết quả thống kê của họ sẽ thiết lập các liên kết hiệu quả. Thay đổi quy tắc này giới thiệu những lợi thế mới nổi liên quan đến tính phi cổ điển của thông tin, không xuất hiện khi mọi thứ được giảm xuống thành những điểm tương đồng tĩnh.
Trong một phép so sánh dễ hiểu, nếu trong một mạng lưới truyền thống, cách tiếp cận tối ưu sẽ là tìm nhóm lớn nhất có cùng lợi ích và điều chỉnh thông điệp, thì trong một mạng lưới lượng tử Sẽ tiết kiệm chi phí hơn nếu liên kết nội dung với kết quả thí nghiệm. mà mỗi người dùng có thể thực hiện. Sự thay đổi này của trò chơi xã hội nhắc nhở chúng ta rằng thống kê lượng tử thúc đẩy hiện tượng tập thể khó có thể tái tạo theo các quy tắc cổ điển.
Các photon tụ lại với nhau như trong một căng tin đông đúc
Một nghiên cứu của nhóm Martin Weitz tại Đại học Bonn đã quan sát thấy rằng, khi có ít photon, những Chúng được phân phối không có sự ưu tiên giữa hai mức năng lượng gần như giống hệt nhau trong một khoang vi mô nhuộm màu. Nhưng khi vượt quá một ngưỡng nhất định (khoảng 250 photon), Chúng có xu hướng tập trung ở trạng thái năng lượng thấp nhất, như thể họ phát hiện ra rằng đã có nhiều thành viên khác trong nhóm ở đó.
Thiết lập thử nghiệm sử dụng gương tạo ra điện thế giếng kép và hai chế độ gần như thoái hóa, với sự tách biệt năng lượng thấp hơn nhiều so với năng lượng nhiệtThoạt nhìn không có lý do mạnh mẽ nào để lựa chọn, nhưng thống kê boson đã kích hoạt một hiệu ứng kích thích: kích thích bosonXu hướng của các boson chiếm cùng một trạng thái. Hơn nữa, sự thay đổi Đó không phải là một sự chuyển đổi đột ngộtnhưng là sự giao thoa tiến bộ, tạo ra sự khác biệt với sự ngưng tụ Bose-Einstein lý tưởng.
Hành vi này đã được theo dõi theo thời gian thực và cho phép chúng tôi thấy ngay cả Dao động Josephson giữa hai giếng...một chi tiết rất tinh tế về sự kết hợp lượng tử. Kết quả không chỉ là một sự tò mò: nó mở ra cánh cửa cho thiết kế nguồn sáng mạnh mẽ và mạch lạc hơnvì xu hướng nhóm lại với nhau này có thể tạo điều kiện cho sự đồng bộ pha với ít sự điều chỉnh bên ngoài hơn.
Ngoài phép loại suy xã hội, nghiên cứu minh họa cách các khái niệm về nhiệt động lực học lượng tử như nhiệt độ hiệu dụng, năng lượng tự do hoặc cân bằng Chúng hoạt động bằng ánh sáng trong cấu trúc hai tầng rất đơn giản. Hãy xem cách các photon chọn trạng thái đông dân nhất. Nó phù hợp với ngôn ngữ thống kê của cơ học lượng tử. và đề xuất các chương trình chuẩn bị mới của nhà nước về nền tảng quang học.
Mặc dù các photon không tương tác với nhau như các hạt có lực trực tiếp, nhưng chúng Thống kê chung thúc đẩy phản ứng tập thểMột điều tương tự cũng xảy ra khi một quán cà phê đông đúc thu hút nhiều người hơn: không cần phải có sự chen lấn về mặt vật lý. Quy tắc thống kê là đủ. thích hợp để kích hoạt nhóm.
Nền tảng lượng tử hỗ trợ phép loại suy
Để thiết lập khuôn khổ khái niệm, điều đáng ghi nhớ là Sự chồng chập cho phép một hệ thống ở nhiều trạng thái cùng một lúc cho đến khi chúng ta đo lường. Xác suất liên quan đến từng thành phần của lớp phủ quyết định tần suất xuất hiện của kết quả sau nhiều lần đo lường và sự sụp đổ chọn một giá trị cụ thể trong mọi hành động đo lường.
Trong cơ học lượng tử, các đại lượng quan sát được là các toán tử và một số cặp không thể xác định được với độ chính xác đồng thờinhư được quyết định bởi các mối quan hệ không chắc chắn. Vấn đề không phải là công cụ, mà là hạn chế vật lý nội tại cấu trúc cách chúng ta gán giá trị trung bình và độ phân tán khi đo các đại lượng như năng lượng hoặc động lượng.
Sự đan xen này tạo nên yếu tố đáng ngạc nhiên nhất: Hai hệ thống chỉ có thể được mô tả chung và các phép đo của chúng dường như có mối tương quan bất kể khoảng cách. Sự phụ thuộc lẫn nhau này không truyền tín hiệu vượt quá tốc độ ánh sáng, nhưng nó xây dựng các mối tương quan cho phép thực hiện các nhiệm vụ của giao tiếp siêu an toàn và phân phối khóa.
Vì cơ học lượng tử là xác suất, các giá trị đầu ra Chúng được giải thích thông qua trung bình hoặc các giá trị kỳ vọng, với những bất định được xác định rõ ràng. Ngôn ngữ của trung bình và phương sai này, cùng với cấu trúc của không gian Hilbert, Đây là cơ sở chính thức của mọi thứ liên quan đến mạng lượng tử, cả trong lĩnh vực xã hội giả định và trong kỹ thuật thực tế.
Mạng truyền thông lượng tử: QKD, bộ lặp và dịch chuyển tức thời
Cái gọi là mạng lượng tử, hay mạng lượng tử, tận dụng Chồng chéo và xen kẽ để truyền tải và bảo vệ thông tinCó hai trụ cột công nghệ: điện toán lượng tử, với qubit có khả năng biểu diễn 0 và 1 cùng lúc, và mật mã lượng tử, đảm bảo rằng việc đo lường làm thay đổi trạng thái và do đó tiết lộ bất kỳ nỗ lực gián điệp nào.
Phân phối khóa lượng tử QKD gửi dữ liệu được mã hóa dưới dạng bit cổ điển, nhưng Các chìa khóa di chuyển được mã hóa trong trạng thái lượng tửNếu ai đó chặn nó, nhà nước sẽ sụp đổ và bị phát hiện. Vấn đề thực tế nằm ở những tổn thất: sợi hấp thụ các photon và giới hạn khoảng cách, do đó các nút đáng tin cậy được sử dụng hoặc nghiên cứu được tiến hành trong bộ lặp lượng tử duy trì sự đan xen giữa các phím trên một đoạn dài.
Một cách khác là dịch chuyển tức thời lượng tử: sử dụng các cặp vướng víu, Thông tin lượng tử của qubit bộ nhớ được truyền đến đầu bên kia thông qua phép đo kết hợp và giao tiếp cổ điển phụ trợ. Nó không vi phạm thuyết tương đối vì nó đòi hỏi kênh cổ điển, nhưng Nó cho phép bạn di chuyển các trạng thái mà không cần sao chép chúng., lách lệnh cấm nhân bản và tăng cường an ninh.
So với blockchain, bảo mật lượng tử không dựa vào tính toán khó khăn nhưng theo định luật vật lý. Trong khi blockchain chống lại do chi phí tính toán để phá vỡ mật mã của nó, QKD ngăn chặn việc đọc mà không để lại dấu vết. Ngay cả như vậy, không có kiến trúc nào là hoàn hảoCó những thách thức liên quan đến tốc độ bit, chi phí và sự mất tính thống nhất quyết định tốc độ triển khai.
Thậm chí còn có cuộc nói chuyện về internet lượng tử như một mạng lưới toàn cầu của các mạng lượng tử, bổ sung cho internet cổ điểnNó sẽ không thay thế cái hiện tại, nhưng Nó sẽ được sử dụng cho các nhiệm vụ cực kỳ an toàn và để kết nối các bộ xử lý lượng tử, theo các giao thức vẫn đang phát triển và với cảnh báo rằng chúng cũng có thể xuất hiện các vectơ tấn công lượng tử mới.
Ưu điểm, hạn chế hiện tại và tình hình công nghệ năm 2024
Trong số những lợi ích được trích dẫn thường xuyên nhất là an ninh vật lý được tăng cường nhờ biện pháp nàykhả năng liên kết cực kỳ đáng tin cậy và trong tương lai, truyền thông hiệu quả cao trong độ trễ giữa các nút lượng tử. Tuy nhiên, ý tưởng về tính tức thời phải được diễn giải một cách tinh tế: Sự vướng víu không tự truyền tải thông tin., mặc dù nó được sử dụng để kích hoạt các giao thức nhanh hơn và an toàn hơn khi kết hợp với các kênh cổ điển.
Những hạn chế thực tế bao gồm sự mất tính thống nhất, tỷ lệ khóa khiêm tốn, khoảng cách và chi phíCộng đồng đang nỗ lực để mã hóa tối ưu. bộ lặp với bộ nhớ lượng tử và kiến trúc chịu được tiếng ồn. Các công ty và tiêu chuẩn cũng đang hướng tới mã hóa hậu lượng tử cổ điển như một sự bổ sung, suy nghĩ về việc sống chung với sự chuyển đổi.
Việc triển khai thực tế đang được tiến hành. Trung Quốc đang dẫn đầu với vệ tinh Micius, các liên kết mặt đất trải dài hàng nghìn km và Hội nghị truyền hình QKD giữa Bắc Kinh và ViennaTại Hoa Kỳ, các nhóm như Harvard đã trình diễn một mạng lưới cáp quang lượng tử trải dài 22 dặm giữa các nút. một điểm mốc do khoảng cách và sự vững chắc của nóChâu Âu đang thúc đẩy EuroQCI và một tập đoàn do Deutsche Telekom dẫn đầu chuẩn bị cơ sở hạ tầng thử nghiệm QKD cho lục địa.
Tây Ban Nha đang tiến triển mạnh mẽ: Quantumcat ở Catalonia đang thúc đẩy sự tiến bộ các giao thức được cải tiến và bộ nhớ lượng tửvà Nhóm Thông tin và Truyền thông Lượng tử của UPM, một đơn vị tiên phong từ năm 2006 với Telefónica, đã tiến tới Tiếng Việt, một nút quan trọng cho mạng lưới châu Âu. GSMA, cùng với IBM và Vodafone, đang nghiên cứu yêu cầu sau lượng tử đối với các nhà điều hành, một bản xem trước về những gì sắp tới.
Thời gian và kỳ vọng phải cân bằng: các báo cáo như Chu kỳ cường điệu cho Mạng doanh nghiệp 2023 đặt sự trưởng thành hoàn toàn vào đường chân trời khoảng một thập kỷTrong khi đó, số lượng phi công QKD đang tăng lên và công nghệ có khả năng mở rộng đang được thử nghiệm cáp quang và vệ tinh.
Làm thế nào để duy trì mạng lưới lượng tử: con số kỳ diệu √N
Một thách thức thú vị của mạng lượng tử là Các liên kết đan xen được tiêu thụ khi sử dụng cho giao tiếp qubit. Nếu chúng không được bổ sung, kết nối sẽ sụp đổ. Một nhóm do István Kovács (Northwestern) dẫn đầu đã chỉ ra rằng điều đó là đủ để thêm một số liên kết mới tỷ lệ thuận với căn bậc hai của người dùng để tránh sụp đổ với nguồn lực tối thiểu.
Nếu mạng có N người dùng, hãy thêm khoảng α* ≈ √N liên kết mới sau mỗi vòng truyền thông Nó duy trì hoạt động của mạng mà không cần phải xây dựng lại mọi thứ.Với 1000 người dùng, cần khoảng 32 liên kết; với một triệu người dùng, cần khoảng 1000 liên kết. chức năng được duy trìHiệu quả là đáng chú ý vì phát triển chậm hơn nhiều so với N.
Ẩn dụ về các hòn đảo và cây cầu giúp ích: mỗi lần vượt qua đều làm gãy cây cầu, và thay vì xây dựng lại tất cả, Đủ để thay thế một phần quan trọngMô phỏng cũng cho thấy rằng Cấu trúc ban đầu ít quan trọng hơn vẻ bề ngoài của nóVới sự củng cố thích hợp, các mạng khác nhau sẽ hội tụ về trạng thái ổn định với khả năng kết nối tốt.
Về cấu trúc, một cái nhìn tổng quan ngắn gọn: Cây 2D hoặc tổ ong hiệu quả nhưng mong manh trước những mất mátMạng lưới Erdős-Rényi mang lại sự dự phòng và tăng cường độ mạnh mẽ; và đồ thị hoàn chỉnh rất linh hoạt, mặc dù Chúng đắt về mặt liên kếtVới sự gia cố √N, tất cả đều có thể hữu ích theo thời gian không chi tiêu quá mức.
Kết quả này vô cùng có giá trị đối với thiết kế internet lượng tử vì nó chuyển đổi một vấn đề động phức tạp thành một quy tắc hoạt động đơn giản Nó hoạt động với cáp quang hoặc vệ tinh. Biết cần thay thế bao nhiêu trong mỗi lần lặp. giảm chi phí và lập kế hoạch quy mô An toàn.
Trí tuệ nhân tạo lượng tử và các kho chứa: từ lý thuyết đến các memristor quang tử
Sự giao thoa giữa AI và điện toán lượng tử vượt xa khẩu hiệu. Trong điện toán lượng tử, một hệ thống lượng tử hoạt động như một bể chứa động chuyển đổi các đầu vào để lớp đầu ra cổ điển có thể học các tác vụ phức tạp với quá trình đào tạo hiệu quả.
Mô hình này đòi hỏi ba phần: mã hóa dữ liệu cổ điển ở trạng thái lượng tử của sự chồng chéo; có một động lực phong phú với bộ nhớ và phi tuyến tínhvà xác định một tập hợp các đại lượng quan sát có thể đo lường được có giá trị trung bình cung cấp đầu raVới điều đó, những dự đoán đã được đưa ra chuỗi thời gian hỗn loạn và những nhiệm vụ không tầm thường khác.
Một dòng gợi ý đặc biệt là sử dụng memristor lượng tử quang tửĐiện trở bộ nhớ lượng tử đã được một nhóm nghiên cứu ở Vienna chứng minh bằng thực nghiệm. Bằng cách cấu hình một số thành phần này làm nguồn dự trữ, các mô phỏng đã được thực hiện. dự đoán hệ thống Lorenz trong ba chiều, nắm bắt trung thực hình học toàn cục của điểm hấp dẫn bất chấp sự gia tăng các thất bại dài hạn, một điều tự nhiên trong hỗn loạn.
Sự quan tâm của ngành công nghiệp là rõ ràng: công ty QuEra đã trình bày kết quả thực nghiệm của việc học với máy tính lượng tử tương tự trên quy mô lớn, thúc đẩy lĩnh vực này hướng tới việc triển khai trong thực tế. Mặc dù vẫn còn nhiều việc phải làm để củng cố những lợi thế so với các phương pháp truyền thống, Tiềm năng hiệu quả là hấp dẫn trong những tình huống mà chi phí đào tạo mô hình ngày càng tăng mà không được kiểm soát.
Trong bối cảnh đó, một số tiến bộ về phần cứng đề cập đến sự vướng víu loại kép và thiết kế cổng Chúng đơn giản hóa và giảm chi phí mạch điệnmở ra một kỷ nguyên hiệu quả hơn và ít phức tạp hơn. Không phải mọi thứ đều được giải quyết, nhưng Hướng đi đang kích thích và kết nối với nhu cầu của mạng lưới, cảm biến và máy tính.
Dựa trên những phân tích này, một hình ảnh mạch lạc hiện ra: Thống kê lượng tử có thể truyền cảm hứng cho những phép loại suy xã hộiCác photon thể hiện mối quan hệ nhóm có tác động công nghệ, các mạng lượng tử thực sự tiến bộ về mặt bảo mật và quy mô, cùng một công thức đơn giản như bổ sung liên kết √N Nó cung cấp sự ổn định cho kết nối.Cùng với sự thúc đẩy từ các kho dự trữ lượng tử và các sáng kiến toàn cầu, một hệ sinh thái đang nổi lên, trong đó vật lý lượng tử không còn chỉ là lý thuyết nữa, mà là một bộ công cụ sẵn sàng chuyển đổi cách chúng ta giao tiếp và cách chúng ta học hỏi từ dữ liệu.