کامپیوتر کوانتوم و عملکرد حیرت آور آن

در این مقاله قصد داریم به زبان ساده شما را با این فناوری افسانه‌ای و قدرت شگفت انگیز در حل مسئله‌، آشنا کنیم. تیم مجله خبری جابیک قرار است شما را در سفری در بزرگترین و غیرقابل باور ترین جاده تکنولوژی همراهی کند. کامپیوتر کوانتومی (Quantum Computers) در این سال‌های اخیر بسیار مورد توجه دانشمندان و دولت کشور‌های بزرگ قرار گرفته است.

دلیل توجه این افراد و قدرت‌ها به این ابر کامپیوتر به علت قدرت پردازش بالای آن است که امکان دارد سخت ترین معادلات ریاضی را در کمترین زمان انجام دهد.

کامپیوتر کوانتومی چیست؟

زمانی که دانشمندان با یک مسئله دشوار رو به رو می‌شوند، برای حل آن از ابر کامپیوتر‌ها (Supercomputers) استفاده می‌کنند. این کامپیوتر‌ها شامل صدها پردازنده کلاسیک که هرکدام دارای میلیون‌ها ترانزیستور است که توانایی حل مسائلی پیچیده را دارا است. اما این رایانه‌ها به دلیل استفاده از ترانزیستور‌های دودویی با محدودیت‌هایی برای حل مسائل مدرن مواجه می‌شوند.

مسائل مدرن دارای متغیر و ابعاد بسیاری است که روابط و تعاملات آنها با یکدیگر بسیار پیچیده است. برای مثال رفتار ذرات اتم به تنهایی می‌تواند برای یک کامپیوتر کلاسیک بسیار پیچیده و مبهم باشد. دلیل این مشکل این است که دنیای ما بر پایه فیزیک کوانتوم ساخته شده و عمل می‌کند.

اینجاست که پای کامپیوتر کوانتوم به وسط میدان باز می‌شود. اما قبل از آن باید بدانیم که کامپیوتر کوانتوم چه فرقی با کامپیوتر‌های کلاسیک دارد؟

تفاوت کامپیوتر کوانتوم و کامپیوتر عادی

ترانزیستورهای کامپیوتر دودویی بر اساس روشن یا خاموش بودن عمل می‌کند که 1 یا 0 است. اما کامپیوتر کوانتوم بر اساس 0 و 1 و هر آنچه ما بین این دو عدد است کار می‌کند. فقط این ویژگی به تنهایی کامپیوتر کوانتوم را فرسخ‌ها از کامپیوتر‌های دودویی جلوتر می‌گذارد.

کاربرد کامپیوتر کوانتوم

این تکنولوژی نوظهور در سال‌های اخیر در زمینه‌های زیادی نفوذ کرده است. برای مثال در حل معادلات کیهانی و پیش بینی رفتار‌ ذرات هنگام تعامل آنها با یکدیگر از این رایانه‌های بسیار قدرت مند استفاده می‌شود. همانگونه که در وبسایت فوق معتبر هاروارد بیزینس که همکاری مستقیم با دانشگاه هاروارد دارد، نیز اشاره شده است فرصتی که کامپیوتر کوانتوم برای ما به ارمقان می‌آورد بسیار وسیع و گسترده است.

The opportunity for quantum computing to solve large scale combinatorics problems faster and cheaper has encouraged billions of dollars of investment in recent years. The biggest opportunity may be in finding more new applications that benefit from the solutions offered through quantum. As professor and entrepreneur Alan Aspuru-Guzik said, there is a role for imagination, intuition, and adventure. Maybe it’s not about how many qubits we have; maybe it’s about how many hackers we have.

کامپیوتر های کوانتوم سریع تر هستند

برای اینکه رفتار یک اتم یا حتی تعامل آن با اتم های دیگر را شناسایی کنند، نیاز است هربار یک معادلات جدید وارد کامپیوتر کلاسیک کنند. این کار هزینه و زمان بر بوده و در آخر ممکن است با شکست مواجه شود. کامپیوتر‌های کوانتوم این مشکل را با استفاده از قدرت بازو و انجام معادلات موازی حل می‌کند.

عملکرد شگفت انگیز کامپیوتر کوانتوم

یک پردازنده کوانتوم بزرگتر از پردازنده‌های عادی نیست. یکی از تفاوت‌های آن این است که به جای استفاده از واحد بیت (Bit)، از کیوبیت (Cue-bit یا Qbit) استفاده می‌کند. این کیوبیت‌ها در ابعاد موازی و مختلف فعالیت می‌کنند که به معادلات سرعت فراانسانی می‌بخشد.

ابررسانا (Superconductors)

کامپیوتر و لپ تاپ‌ها دارای فن برای خنک نگه داشتن پردازنده و اجزای مختلف کامپیوتر جهت کار مداوم است. کامپیوتر‌های کوانتوم نیاز به سرمای بسیار شدید دارند. این سرما نیاز دارد که حدود یک صدم بالای صفر مطلق باشد تا بتواند حالت کوانتومی خود را حفظ کند.

برای به دست آوردن چنین دمایی از ماده‌ای به نام ابر مایع سرد شده (Supercooled Superfluid) استفاده می‌شود. در دمای نزدیک به صفر مطلق الکترون‌ها بدون مقاومت یا رزیستنس از بعضی از مواد عبور می‌کنند که آن مواد را ابررسانا نام گذاری کرده‌اند.

برهم نهی (Superposition)

خود کیوبیت زیاد کارآمد نیست بلکه یک تردستی بسیار مهم و پیچیده را می‌تواند انجام دهد آن هم گذاشتن اطلاعات کوانتومی در حالت برهم نهی است. برهم نهی به این معنی است که تمام احتمالات همزمان در حال اتفاق افتادن است. این تردستی به کامپیوتر کوانتوم این اجازه را می‌دهد که معادلات چند بعدی را همزمان انجام دهد.

درهم تنیدگی (Entanglement)

این اصل رابطه دو شی متفاوت را بیان می‌کند. فیزیکدان‌ها به این نتیجه رسیدند که زمانی که دو کیوبیت درهم تنیدگی داشته باشند، تغییراتی در یک کیوبیت بر کیوبیت دوم هم اثر می‌گذارد.

دخالت (Interference)

امواج کوانتومی می‌توانند برای هم ساخته شوند. این امواج همان احتمالات و نتایج ما هستند. پردازنده کوانتومی با ساختن یک فضای برهم نهی بعضی از امواج را کنسل و بعضی دیگر را تقویت می‌کند. امواج تقویت شده همان جواب مسئله ما خواهد بود.

کاربردی شدن کامپیوتر های کوانتوم

چه زمانی باید منتظر استفاده کامل از کامپیوتر‌های کوانتوم باشیم؟ این سوالی است که شرکت IBM توانسته پاسخ آن را دریابد. به گفته این شرکت کامپیوتر‌های کوانتوم تا 10 الی 15 سال دیگر می‌تواند جزوی از زندگی روزمره ما باشد و هر فرد یه پردازنده کوانتومی در خانه‌ وشرکت‌های خود داشته باشیم.

شرکت IBM سالها بر روی یک رابط یا به عنوانی سیستم عاملی برای کامپیوتر‌های کوانتومی به نام QISKIT کار کرده است. این سیستم عامل به احتمال زیاد تبدیل به یک رابط کاربری هم بشود.

قوی ترین کامپیوتر کوانتومی

رکورد قویترین کامپیوتر کوانتومی متعلق به شرکت IBM است. این رایانه با 433 کیوبیت 158 میلیون بار از ابرکامپیوتر‌های امروزی سریع تر و قدرتمند تر است. به عبارتی دیگر این کامپیوتر می‌تواند یک ابر کامپیوتر 10000 سال طول می‌کشد انجام دهد را در 4 دقیقه کامل کند. تصورش سخت نیست؟

چکیده ای از کامپیوتر کوانتوم

کامپیوتر کوانتوم با قدرتی کهکشانی و آینده‌ای روشن در صنعت تکنولوژی می‌تواند به راحتی درصد بسیار بالایی از مسائل بدون پاسخ جهان را حل کند. پردازش کوانتومی روز به روز پیشرفت کرده و علم را نیز با خود جلو می‌برد. شاید در آینده‌ای نزدیک پردازش کوانتمی در بهترین گوشی های گیمینگ هم استفاده شود.

بنظر شما بعد از کامپیوتر کوانتوم چه تکنولوژی جای آن را خواهد گرفت؟