Wikipedysta:Nicdragon/Obliczenia kwantowe: Różnice pomiędzy wersjami

'''Obliczenia kwantowe''' to [[Informatyka|dziedzina informatyki]], która opiera się na wykorzystaniu zasad [[Mechanika kwantowa|fizyki kwantowej]]<ref>{{Cytuj |tytuł = Fizyka kwantowa – siedem faktów, które warto znać |data = 2022-01-16 |data dostępu = 2023-09-13 |opublikowany = CHIP - Technologie mamy we krwi! |url = https://www.chip.pl/2022/01/fizyka-kwantowa-fakty |język = pl}}</ref><ref name=":73">{{Cytuj |tytuł = Fizyka kwantowa |data dostępu = 2023-09-13 |opublikowany = www.medianauka.pl |url = https://www.medianauka.pl/fizyka-kwantowa |język = pl}}</ref> do przeprowadzania [[Obliczenia|obliczeń]]. W przeciwieństwie do klasycznych [[bit]]ów<ref name=":74">{{Cytuj |tytuł = bit |data dostępu = 2023-09-13 |opublikowany = encyklopedia.interia.pl |url = https://encyklopedia.interia.pl/informatyka/news-bit,nId,2087331 |język = pl}}</ref><ref name=":75">{{Cytuj |tytuł = bit – Encyklopedia Leśna |data dostępu = 2023-09-13 |opublikowany = www.encyklopedialesna.pl |url = https://www.encyklopedialesna.pl/haslo/bit/}}</ref><ref name=":76">{{Cytuj |tytuł = Definicja bitowa |data dostępu = 2023-09-13 |opublikowany = tech-lib.net |url = https://tech-lib.net/definition/bit.html}}</ref><ref name=":77">{{Cytuj |tytuł = Informatyka: Strona główna – klasa 7 {{!}} Szkoła Podstawowa nr 1 im. Janusza Korczaka w Komornikach |data dostępu = 2023-09-13 |opublikowany = spkomorniki.edupage.org |url = https://spkomorniki.edupage.org/text/?eqa=dGV4dD1zdWJqZWN0cy8tMyZzdWJwYWdlPTE1}}</ref>, które przyjmują wartości 0 lub 1(system binarny<ref name=":78">{{Cytuj |autor = Marcin Ledworowski |tytuł = Co to jest system binarny? I dlaczego komputery go lubią? |data = 2021-02-21 |data dostępu = 2023-09-13 |opublikowany = HomoDigital - Subiektywnie o technologii. |url = https://homodigital.pl/co-to-jest-system-binarny-system-dwojkowy/ |język = pl}}</ref><ref name=":79">{{Cytuj |tytuł = SYSTEM BINARNY {{!}} Przykłady i zadania z rozwiązaniami |data = 2021-09-07 |data dostępu = 2023-09-13 |url = https://zadaniezinformatyki.pl/system-binarny/ |język = pl-PL}}</ref>), kwantowe bity ([[Kubit|q-bity]]) mogą istnieć w [[Superpozycja|stanie superpozycji]]<ref name=":410">{{Cytuj |tytuł = Co się dzieje z niezaobserwowaną cząstką w superpozycji? {{!}} Zapytaj Fizyka |data dostępu = 2023-08-29 |opublikowany = zapytajfizyka.fuw.edu.pl |url = https://zapytajfizyka.fuw.edu.pl/pytania/co-sie-dzieje-z-niezaobserwowana-czastka-w-superpozycji/}}</ref>, co oznacza, że mogą jednocześnie reprezentować wiele [[Stanstan skupienia materiikwantowy|stanów]]<ref name=":80">{{Cytuj |tytuł = Stany skupienia materii – Zintegrowana Platforma Edukacyjna |data dostępu = 2023-09-13 |opublikowany = zpe.gov.pl |url = https://zpe.gov.pl/a/stany-skupienia-materii/D43ny6rNh}}</ref><ref name=":81">{{Cytuj |tytuł = Stany skupienia |data dostępu = 2023-09-13 |opublikowany = www.medianauka.pl |url = https://www.medianauka.pl/stany-skupienia |język = pl}}</ref>. To zjawisko umożliwia wykonywanie wielu obliczeń jednocześnie, co potencjalnie pozwala na rozwiązanie problemów, które dla [[Komputer|klasycznych komputerów]] byłyby niepraktyczne lub niemożliwe do rozwiązania w akceptowalnym czasie.

[[Komputer kwantowy|kwantowych]]<ref name=":24" /><ref name=":0">{{Cytuj |tytuł = Obliczenia kwantowe: pięć kroków, które należy podjąć już teraz |data dostępu = 2023-08-29 |opublikowany = www.ey.com |url = https://www.ey.com/pl_pl/consulting/obliczenia-kwantowe-piec-krokow-ktore-nalezy-podjac-juz-teraz |język = pl}}</ref><ref name=":1">{{Cytuj |autor = SoniaLopezBravo |tytuł = Informacje na temat obliczeń kwantowych – Azure Quantum |data = 2023-06-22 |data dostępu = 2023-08-29 |opublikowany = learn.microsoft.com |url = https://learn.microsoft.com/pl-pl/azure/quantum/overview-understanding-quantum-computing |język = pl}}</ref><ref name=":2">{{Cytuj |tytuł = Obliczenia kwantowe, czyli witamy w przyszłości |data = 2020-04-08 |data dostępu = 2023-08-29 |opublikowany = Piękno umysłu |url = https://pieknoumyslu.com/obliczenia-kwantowe-czyli-witamy-w-przyszlosci/ |język = pl}}</ref><ref name=":3">{{Cytuj |tytuł = Co to są obliczenia kwantowe {{!}} Microsoft Azure |data dostępu = 2023-08-29 |opublikowany = azure.microsoft.com |url = https://azure.microsoft.com/pl-pl/resources/cloud-computing-dictionary/what-is-quantum-computing/ |język = pl}}</ref>. Są to analogi klasycznych bitów, ale zgodnie z zasadami [[Mechanika kwantowa|mechaniki kwantowej]]<ref name=":73" /><ref>{{encyklopedia PWN|id=3939151|tytuł=mechanika kwantowa|data dostępu=2023-09-13}}</ref><ref>{{Cytuj |tytuł = Mechanika kwantowa jako jedno z najbardziej wartościowych odkryć ludzkości {{!}} Aktualności – Uniwersytet Gdański |data = 2022-12-09 |data dostępu = 2023-09-13 |opublikowany = Mechanika kwantowa jako jedno z najbardziej wartościowych odkryć ludzkości {{!}} Aktualności – Uniwersytet Gdański |url = https://ug.edu.pl/news/pl/4488/mechanika-kwantowa-jako-jedno-z-najbardziej-wartosciowych-odkryc-ludzkosci |język = pl}}</ref>, [[Kubit|q-bity]] posiadają zdolność do istnienia w tzw. [[Superpozycja|stanach superpozycji]]<ref name=":4">{{Cytuj |tytuł = Co się dzieje z niezaobserwowaną cząstką w superpozycji? {{!}} Zapytaj Fizyka |data dostępu = 2023-08-29 |opublikowany = zapytajfizyka.fuw.edu.pl |url = https://zapytajfizyka.fuw.edu.pl/pytania/co-sie-dzieje-z-niezaobserwowana-czastka-w-superpozycji/}}</ref>. To znaczy, że w przeciwieństwie do klasycznych [[bit]]ów<ref name=":74" /><ref name=":75" /><ref name=":76" /><ref name=":77" />, które mogą mieć tylko jedną z dwóch wartości [[dwójkowy system liczbowy|systemu binarnego]]<ref name=":78" /><ref name=":79" /> (0 lub 1), q-bity mogą jednocześnie istnieć w wielu [[Stanstan skupienia materiikwantowy|stanach]]<ref name=":80" /><ref name=":81" />.

Oprócz [[Superpozycja|stanu superpozycji]]<ref name=":4" />, [[Kubit|q-bity]] mogą być również ze sobą „splątane”. Splątanie to [[zjawisko kwantowe]], w którym stany kilku [[Kubit|q-bitów]] są ze sobą ściśle powiązane w taki sposób, że zmiana [[Stanstan skupienia materiikwantowy|stanu]]<ref name=":80" /><ref name=":81" /> jednego [[Kubit|q-bitu]] wpływa natychmiast na [[Stan skupienia materii|stany]]<ref name=":80" /><ref name=":81" /> pozostałych, niezależnie od ich odległości. To zjawisko stanowi podstawę dla konstrukcji zaawansowanych [[Algorytm kwantowy|algorytmów kwantowych]]<ref name=":6">{{Cytuj |autor = Bradben |tytuł = Algorytmy kwantowe w systemie Q# – Azure Quantum |data = 2023-07-15 |data dostępu = 2023-08-29 |opublikowany = learn.microsoft.com |url = https://learn.microsoft.com/pl-pl/azure/quantum/user-guide/libraries/standard/algorithms |język = pl}}</ref><ref name=":7">{{Cytuj |tytuł = Algorytm kwantowy, jakiego jeszcze nie było. Przełom w pracach nad komputerami kwantowymi |data = 2022-04-25 |data dostępu = 2023-08-29 |opublikowany = CHIP - Technologie mamy we krwi! |url = https://www.chip.pl/2022/04/algorytm-kwantowy-jakiego-jeszcze-nie-bylo-przelom-w-pracach-nad-komputerami-kwantowymi |język = pl}}</ref><ref name=":8">{{Cytuj |tytuł = Algorytmy kwantowe – Przedmioty – Uniwersytet Mikołaja Kopernika w Toruniu |data dostępu = 2023-08-29 |opublikowany = usosweb.umk.pl |url = https://usosweb.umk.pl/kontroler.php?_action=katalog2/przedmioty/pokazPrzedmiot&prz_kod=0800-ALGKW}}</ref>.

[[Plik:Quantum entanglement vs classical correlation video short.gif|mały|280x280px|[[Stan splątany|Splątanie kwantowe]] to zjawisko, w którym [[Stanstan skupienia materiikwantowy|stany]]<ref name=":80" /><ref name=":81" /> dwóch lub więcej [[Fizyka cząstek elementarnych|cząstek]]<ref name=":88">{{Cytuj |tytuł = Mechanika kwantowa |data dostępu = 2023-09-14 |opublikowany = www.ifj.edu.pl |url = https://www.ifj.edu.pl/przygoda/frameless/quantum_mech.html}}</ref><ref name=":89">{{Cytuj |autor = William Moebs, Samuel J. Ling, Jeff Sanny |tytuł = 7.4 Cząstka kwantowa w pudełku - Fizyka dla szkół wyższych. Tom 3 {{!}} OpenStax |data = 2018-06-11 |data dostępu = 2023-09-14 |opublikowany = openstax.org |url = https://openstax.org/books/fizyka-dla-szk%C3%B3%C5%82-wy%C5%BCszych-tom-3/pages/7-4-czastka-kwantowa-w-pudelku |język = pl}}</ref> są nierozerwalnie powiązane, co oznacza, że zmiana jednej [[Fizyka cząstek elementarnych|cząstki]]<ref name=":88" /><ref name=":89" /> natychmiast wpływa na drugą, niezależnie od odległości między nimi.]]

'''Splątanie''' ({{ang.|entanglement}}) jest jednym z fundamentalnych [[Zjawisko kwantowe|zjawisk kwantowych]]<ref>{{Cytuj |tytuł = zjawiska kwantowe |data = 2022-05-08 |data dostępu = 2023-08-29 |opublikowany = Nie od razu naukę zbudowano |url = https://kierul.wordpress.com/category/zjawiska-kwantowe/ |język = pl}}</ref><ref>{{Cytuj |tytuł = Modele zjawisk kwantowych – Zintegrowana Platforma Edukacyjna |data dostępu = 2023-08-29 |opublikowany = zpe.gov.pl |url = https://zpe.gov.pl/a/modele-zjawisk-kwantowych/D1EMviztx}}</ref><ref>{{Cytuj |tytuł = Modele zjawisk kwantowych – Zintegrowana Platforma Edukacyjna |data dostępu = 2023-08-29 |opublikowany = zpe.gov.pl |url = https://zpe.gov.pl/b/modele-zjawisk-kwantowych/PE103bcHf}}</ref>, które występuje między dwoma lub więcej [[Kubit|q-bitami]] i prowadzi do efektów, które nie mają odpowiedników w [[Fizyka klasyczna|fizyce klasycznej]]. To zjawisko jest jednym z kluczowych elementów [[Komputer kwantowy|obliczeń kwantowych]]<ref name=":0" /><ref name=":1" /><ref name=":2" /><ref name=":3" /> i ma ogromne znaczenie w dziedzinach takich jak telekomunikacja kwantowa<ref name=":9">{{Cytuj |tytuł = Czym jest internet kwantowy? – mobiRANK.pl |data = 2021-09-19 |data dostępu = 2023-08-29 |opublikowany = mobirank.pl |url = https://mobirank.pl/2021/09/19/czym-jest-internet-kwantowy/ |język = pl}}</ref><ref name=":10">{{Cytuj |autor = P. Zawadzki |tytuł = Telekomunikacja kwantowa |czasopismo = Przegląd Telekomunikacyjny + Wiadomości Telekomunikacyjne |data = 2010 |data dostępu = 2023-08-29 |issn = 1230-3496 |numer = nr 10 |s = 1632–1638 |url = https://www.infona.pl//resource/bwmeta1.element.baztech-article-BPG8-0042-0023 |język = pl}}</ref>, [[Kryptologia kwantowa|kryptografia kwantowa]]<ref name=":34">{{Cytuj |autor = Redakcja NTL |tytuł = Kryptografia kwantowa – jak to działa? |data = 2023-06-29 |data dostępu = 2023-08-29 |opublikowany = Nauka To Lubię |url = https://naukatolubie.pl/kryptografia-kwantowa-jak-to-dziala/ |język = pl}}</ref><ref name=":35">{{Cytuj |tytuł = Kryptografia kwantowa, czyli szyfry nie do złamania. Jak dzięki nauce niemożliwe uczynić możliwym {{!}} Aktualności – Uniwersytet Gdański |data = 2022-02-04 |data dostępu = 2023-08-29 |opublikowany = Kryptografia kwantowa, czyli szyfry nie do złamania. Jak dzięki nauce niemożliwe uczynić możliwym {{!}} Aktualności – Uniwersytet Gdański |url = https://ug.edu.pl/news/pl/2688/kryptografia-kwantowa-czyli-szyfry-nie-do-zlamania-jak-dzieki-nauce-niemozliwe-uczynic-mozliwym |język = pl}}</ref> i [[Komputer kwantowy|komputery kwantowe]].

Splątanie (Entanglement) to zjawisko, w którym dwa lub więcej [[Kubit|q-bity]] są tak głęboko powiązane, że ich stany nie mogą być opisane niezależnie od siebie. Oznacza to, że pomiar jednego [[Kubit|q-bitu]] wpływa na stan drugiego q-bitu, bez względu na odległość między nimi. To oznacza, że stany splątane są bardziej niż tylko sumą ich indywidualnych stanów. Aby zrozumieć splątanie, rozważmy dwa q-bity, A i B. Mogą one istnieć w różnych [[Stan skupienia materii|stanach]], np. 0, 1, [[Superpozycja|superpozycji]]<ref name=":4" /> lub dowolnej kombinacji tych stanów. Jeśli te dwa q-bity są splątane, to oznacza, że ich [[Stan skupienia materii|stany]] są ze sobą powiązane w sposób, który nie jest możliwy w [[Fizyka klasyczna|fizyce klasycznej]].Dla przykładu, rozważmy dwa splątane q-bity A i B. Gdy wykonamy pomiar na [[Kubit|q-bicie]] A, automatycznie ustalamy [[Stan skupienia materii|stan]] q-bitu B, niezależnie od odległości między nimi. Nawet jeśli q-bity znajdują się w odległych miejscach wszechświata, ich stany są nadal ze sobą powiązane w sposób natychmiastowy.

Splątanie jest wykorzystywane w telekomunikacji kwantowej<ref name=":9" /><ref name=":10" /> do bezpiecznej komunikacji. Gdy dwa [[Kubit|q-bity]] są splątane, zmiany [[Stan skupienia materii|stanu]] jednego z [[Kubit|q-bitów]] są natychmiast widoczne w drugim, co umożliwia wykrycie prób zakłócenia komunikacji.

Dekohorencja (oddziaływanie [[Kubit|q-bitów]] ze środowiskiem) jest głównym wyzwaniem w utrzymaniu stanów splątanych. Środowisko zewnętrzne może wpływać na te [[Stan skupienia materii|stany]], powodując utratę splątania i degradację jakości [[Komputer kwantowy|obliczeń kwantowych]].

'''Bramki kwantowe''' są fundamentalnymi elementami [[Komputer kwantowy|obliczeń kwantowych]]<ref name=":24" /><ref name=":0" /><ref name=":1" /><ref name=":2" /><ref name=":3" />, które umożliwiają manipulację [[Stanstan skupienia materiikwantowy|stanami]] [[Kubit|q-bitów]] w celu przeprowadzania różnych [[Bramka kwantowa|operacji logicznych]]<ref name=":40">{{Cytuj |autor = Tomasz Kowalczyk |tytuł = Komputery kwantowe, które wykorzystują operacje logiczne |data = 2022-02-15 |data dostępu = 2023-08-29 |opublikowany = naukowi.pl |url = https://www.naukowi.pl/komputery-kwantowe-ktore-wykorzystuja-operacje-logiczne/ |język = pl}}</ref><ref name=":1" /><ref name=":11">{{Cytuj |tytuł = Bramki kwantowe vs. bramki klasyczne |data = 2021-04-11 |data dostępu = 2023-08-29 |opublikowany = Future of Wireless Systems |url = https://fows.pwr.edu.pl/informatyka-kwantowa-cz-3/ |język = pl}}</ref>. Podobnie jak klasyczne [[Bramka logiczna|bramki logiczne]] w [[Komputer|komputerach klasycznych]], [[bramka kwantowa|bramki kwantowe]]<ref name=":11" /> pozwalają na tworzenie bardziej złożonych operacji, które są podstawą [[Algorytm kwantowy|algorytmów kwantowych]]<ref name=":6" /><ref name=":7" /><ref name=":8" />. Oto główne typy [[Bramka kwantowa|bramek kwantowych]] i ich działanie:

# '''Bramka Pauliego Y:''' Bramka ta jest kombinacją [[Negacja|negacji]] oraz fazowej zmiany stanu [[Kubit|q-bitu]]. Działa na [[Kubit|q-bit]] poprzez zmianę jego [[Stan skupienia materii|stanu]] z <math>|0\rangle</math> na <math>|i\rangle</math> oraz odwrotnie, gdzie ‘i’ to jednostka urojona. Matematycznie: <math>|0\rangle \to i|1\rangle</math> i <math>|1\rangle \to -i|0\rangle.</math>

# '''Bramka CNOT:''' To bramka kontrolowana, która wykonuje operację [[Negacja|negacji]] na jednym [[Kubit|q-bicie]] (tzw. celu) w zależności od [[Stan skupienia materii|stanu]] drugiego [[Kubit|q-bitu]] (tzw. kontrolera). Jest to podstawowy element w konstrukcji [[Bramka kwantowa|bramek kwantowych]], które pozwalają na wykonanie obliczeń logicznych<ref name=Salomão>{{Cytuj |autor = Angélica Salomão |tytuł = Czym są obliczenia kwantowe: Przyszłość przetwarzania informacji |data = 2023-05-22 |data dostępu = 2023-08-29 |opublikowany = Blog Mind the Graph |url = https://mindthegraph.com/blog/pl/what-is-quantum-computing/ |język = pl}}</ref>. Matematycznie: Jeśli kontroler jest w stanie <math>|0\rangle,</math> to cel pozostaje bez zmian. Jeśli kontroler jest w stanie <math>|1\rangle,</math> to cel zmienia się z <math>|0\rangle</math> na <math>|1\rangle</math> lub odwrotnie.

# '''Bramki fazowe:''' To rodzina bramek, które wprowadzają fazowe zmiany do [[Stan skupienia materii|stanów]] [[Kubit|q-bitów]]. Bramki fazowe różnią się od siebie wartościami faz, jakie wprowadzają.

Istotne jest, że [[Zasada nieoznaczoności|zasada nieoznaczoności Heisenberga]]<ref name=":13" /><ref name=":14" /><ref name=":15" /> nie jest wynikiem ograniczeń technicznych pomiarów, ale jest inherentną cechą mikroskopowego świata kwantowego. Wynika to z faktu, że podczas pomiarów w [[Mechanika kwantowa|fizyce kwantowej]], same pomiary oddziałują z układem, zmieniając jego [[Stanstan skupienia materiikwantowy|stan]]. To prowadzi do nieodłącznej niemożliwości dokładnego określenia pewnych par związanych ze sobą wielkości, co jest istotnym odkryciem w [[Teoria kwantowa|teorii kwantowej]]<ref>{{encyklopedia PWN|id=3929573|tytuł=kwantowe teorie|data dostępu=2023-08-30}}</ref><ref>{{Cytuj |tytuł = Czym jest kwantowa teoria materii? |data dostępu = 2023-08-30 |opublikowany = tiger.chem.uw.edu.pl |url = http://tiger.chem.uw.edu.pl/staff/edytam/kwant-A/ktm/node1.html}}</ref><ref name=":44">{{Cytuj |tytuł = Teoria kwantowa |data dostępu = 2023-08-30 |opublikowany = www.ifj.edu.pl |url = https://www.ifj.edu.pl/przygoda/other/history/quantumt.html}}</ref>.

W [[Komputer|klasycznym komputerze]], aby przetworzyć pewne zadanie równolegle<ref name=":26" />, konieczne jest posiadanie wielu oddzielnych procesorów lub [[Rdzeń procesora|rdzeni]], które równocześnie wykonywałyby różne kroki obliczeń. Natomiast w kwantowych obliczeniach równoległych<ref name=":25" /><ref name=":3" />, dzięki właściwościom [[Superpozycja|superpozycji]]<ref name=":4" />, jeden [[Kubit|q-bit]] może istnieć w wielu [[Stanstan skupienia materiikwantowy|stanach]] jednocześnie. Możemy to wykorzystać do przetwarzania różnych ścieżek obliczeń<ref name=":6" /><ref name=":3" /> jednocześnie.