کامپیوتر کوانتومی چیست و پردازش کوانتومی چگونه است؟

پس از گذشت چند دهه از مطرح شدن ایده ساخت رایانه های کوانتومی، به نظر می‌رسد که نتایج مثبتی حاصل شده است؛ اما کامپیوتر کوانتومی چیست و پردازش کوانتومی چگونه خواهد بود؟

در ابتدای مطلب باید یک توضیح را در مورد کامپیوتر کوانتومی در نظر داشته باشید، کامپیوترهای کوانتومی هیچگاه همچون کامپیوترهای معمولی روزی به دفتر یا کارتان آورده نمی‌شوند یا در جیبتان جای نمی‌گیرند. کامپیوترهای کوانتومی امروزی کاملا شکننده‌اند و باید در دمای نزدیک به صفر مطلق نگهداری شوند.

کامپیوترهای کوانتومی به هیچ وجه شبیه کامپیوترهای رومیزی نیستند که همه ما با آن‌ها آشنا هستیم، بلکه کاملا نوع جدیدی از دستگاه محاسباتی محسوب می‌شوند که قادر به انجام محاسباتی بسیار پیچیده هستند. اخیرا در مورد قدرت کامپیوترهای کوانتومی صحبت‌های زیادی شده است. بحث‌هایی مبنی بر اینکه کامپیوترهای کوانتومی چگونه دنیا را متحول کرده و ابعاد جدید محاسباتی را به روی ما می‌گشایند.

هم اکنون دانشگاه‌ها و موسسات تحقیقاتی بسیاری در سراسر جهان به دنبال ساخت و اثبات تکنولوژی کوانتومی هستند. اما کامپیوترهای کوانتومی چگونه کار می‌کنند؟ چه کارهایی انجام می‌دهند و اساسا چه اهمیتی دارند؟ در ادامه با تکراتو همراه باشید:

کامپیوتر کوانتومی چیست

با وجود تمامی شنیده‌ها، محاسبات کوانتومی بیش و کم در دورانی شبیه محاسبات کلاسیک در دهه‌ی ۱۹۵۰ قرار دارند، یعنی دقیقا زمانی که رایانه‌هایی با اندازه یک اتاق در لوله‌های خلاء کار می‌کردند. اما کامپیوترهای کوانتومی به طور بالقوه قادر به ایجاد انقلابی در محاسبات هستند. قبل از اینکه به مبحث اهمیت کامیپوترهای کوانتومی بپردازیم، بهتر است که نگاهی به تئوری مکانیک کوانتومی داشته باشیم.

ممکن است این موضوع تا حد زیادی پیچیده باشد، اما قوانین مکانیک کوانتومی از طبیعت ذراتی که جهان ما را تشکیل داده‌اند (همانی قوانین جاری در لوازم الکترونیکی و گجت‌ها) پیروی می‌کنند.

زمانی که یک شی به طور همزمان، دو شی است!

در جهان ما، به یکی بودن یک شی عادت کرده‌ایم. به عنوان مثال، یک سکه تنها می‌تواند خط باشد یا شیر؛ اما اگر سکه از قوانین مکانیک کوانتومی پیروی کند، می‌تواند مشغول چرخیدن در هوا باشد. بنابراین تا زمانی که سکه به زمین نرسد، نمی‌توانیم بدانیم که شیر است یا خط!

مشخصا در این زمان، سکه هم خط و هم شیر است. ما یک موضوع را در مورد این سکه می‌دانیم. احتمال دارد سکه، شیر باشد یا خط، اما در محاسبات کوانتومی سکه‌ای که خط نیست، شیر هم نیست. به عنوان مثال، بر حسب احتمالات، سکه می‌تواند ۲۰ درصد شیر و ۸۰ درصد خط باشد. به لحاظ علمی، چگونه امکان دارد که یک شی به این صورت باشد و چگونه می‌توان آن را به این صورت توصیف کرد؟

ایده ساخت کامپیوتر کوانتومی برای نخستین بار در دهه‌ی ۱۹۸۰ مطرح شد. اما این فرضیه، بیشتر شبیه اولین روش نوشتن نت‌های موسیقی بود، نت‌هایی که هیچ وسیله‌ای برای نواختن آن‌ها وجود نداشت و هیچ موسیقی هم برای آن‌ها نوشته نشده بود

جالب توجه‌ترین بخش مکانیک کوانتومی این است که به دلایلی ذرات مانند الکترون‌ها، به مانند امواج و امواج نور هم به مانند ذرات عمل می‌کنند. اساسی‌ترین آزمایشی که این واقعیت را نشان می‌دهد، آزمایش دوشکاف است:

اگر یک باریکه همدوس نور را به صفحه‌ای که دو شکاف باریک دارد، بتابانیم، ماهیت موجی نور باعث می‌شود که نورهایی که از دو شکاف می‌گذرند با هم تداخل کنند و یک الگوی تداخلی (نوارهای تاریک و روشن) بسازند؛ ولی اگر روی پرده نور را با آشکارساز بسنجیم، می‌بینیم که نور همیشه به شکل ذره (فوتون) جذب می‌شود.

اگر نور در مسیر خود از چشمه تا پرده تنها ویژگی ذره‌ای خود را نشان می‌داد، تعداد فوتون‌هایی که به هر نقطه از پرده می‌رسیدند، جمع تعداد فوتون‌هایی بودند که از شکاف سمت چپ و از شکاف سمت راست آمده‌اند. به زبان دیگر، شدت نور در هر جای پرده، حاصل جمع شدت وقتی است که شکاف سمت چپ را پوشانده باشیم و وقتی که شکاف سمت راست را پوشانده باشیم؛ ولی آزمایش نشان می‌دهد که اگر هر دو شکاف را باز بگذاریم، شدت نور در بعضی جاها بیشتر و در بعضی جاها کمتر از انتظار ما خواهد بود. این پدیده نمایانگر تداخل سازنده و ویرانگر امواج نور است و با ماهیت جمع‌شدنی ذرات نور قابل توضیح نیست.

این معادلات می‌تواند به نوعی ترسناک باشند

اما همه چیزی که نیاز است بدانید، این معادله خواص قطعی ذرات را نشان می‌دهد و نشان نمی‌دهد که چه حالتی به وجود می‌آید. می‌توانید از این معادله برای پیدا کردن احتمال برخی خواص ذرات استفاده کنید.به این دلیل که این محاسبات ریاضیاتی اعداد پیچیده‌ای دارند، تنها نمی‌تواند شامل توضیح احتمال خط یا شیر بودن سکه باشد، بلکه توصیفی از احتمال پیچیده‌ای است که می تواند شامل نحوه چرخش سکه هم باشد.

با همه‌ی این محاسبات عجیب، یک انطباق جالب هم داریم، سکه‌ای که در هوا می‌چرخد، همزمان می‌تواند شیر یا خط باشد. در این مورد تداخل وجود دارد، یعنی احتمالی که امواج برهم نهی (Superposition) داشته باشند و درهم تنیدگی (Entanglement)، همچون اینکه تعدادی سکه را همزمان بچرخانیم و به این جهت، احتمال نتایجی خاص تغییر می‌کند؛ چرا که هم اکنون با یک درهم تنیدگی مواجه‌ایم. این مواردی که از کامپیوتر کوانتومی برداشت می‌شوند، به وجود آمدن الگوریتم‌های جدیدی منتهی می‌شوند.

یک کامپیوتر کوانتومی چگونه کار می‌کند؟

مارتین لافورست، مدیر ارشد برنامه ریزی علمی موسسه محاسبات کوانتومی در دانشگاه واترلو در کانادا، می‌گوید:

از برخی جهات، ما طی ۶۰ سال گذشته چنین کاری انجام داده‌ایم. قواعدی که برای محاسبه استفاده کرده‌ایم، تغییر نکرده‌اند، ما هنوز هم از بیت‌ها و بایت‌ها و عملیات منطقی بهره می‌بریم. کامپیوترهای کوانتومی قوانین پردازش را به کلی دگرگون می‌کنند.

کامپیوترهای سنتی محاسبات خود را با استفاده از بیت‌ها انجام می‌دهند که می‌تواند به عنوان بار الکتریکی در پردازنده‌ها و حتی فرورفتگی‌های کوچک درون سی‌دی‌ها ذخیره شوند. یک بیت فقط دو انتخاب دارد که ما آن را با یک و صفر نشان می‌دهیم. هر معادله‌ای با دو گزینه‌ی انتخابی، یک بیت است.

تمام محاسبات به وسیله‌ی تنظیمات و بیت‌های مرتبط انجام می‌شوند، عملیات‌هایی به مانند: «اگر این بیت صفر و این بیت یک است، بیت سوم، را به یک تبدیل کنید و در غیر این صورت، به صفر تبدیل کنید».

محاسبات کوانتومی می‌تواند به شرکت‌های داروسازی کمک کند، داروهای جدیدی با خواص جدید بسازند.
محاسبات کوانتومی می‌تواند به شرکت‌های داروسازی کمک کند، داروهای جدیدی با خواص جدید بسازند

کوبیت (مخفف بیت کوانتومی) همچون یک بیت معمولی است، اما در عین حال هم صفر و هم یک است. این همان سکه‌ای است که در حال چرخش در هواست. یک کامپیوتر کوانتومی همانند پرتاب کردن سکه‌های متعدد به صورت همزمان است، به جز اینکه این سکه‌های در حال چرخیدن، از قوانین انطباق، برهم نهی و درهم تنیدگی پیروی نمی‌کنند.

محاسبات مکانیک کوانتومی با آماده‌سازی کوبیت‌ها (یا اضافه کردن وزن به یک سکه قبل از پرتاب کردن و دستکاری نتیجه احتمالی) و سپس تعامل آن‌ها با هم دیگر (یا پرتاب کردن چندین سکه به صورت همزمان) و سپس اندازه‌گیری آن‌ها (که باعث می‌شود سکه‌ها از چرخیدن بیاستند و نتیجه نهایی خود را نشان دهند). اگر همه چیز به درستی انجام شود، تمام تعاملات باید منجر به بهترین پاسخ (ارزش) شوند.

یک کامپیوتر کوانتومی 56 کوبیتی برای پردازش نیاز به حافظه ای معادل 4.5 ترابایت در کامپیوترهای کلاسیک دارد

محاسبات کوانتومی ویژه هستند. همانطور که قبلا اشاره شد، از آنجایی که در محاسبات اعداد پیچیده‌ای مورد استفاده قرار می‌گیرد، احتمالات خاصی محاسبه می‌شود. در این صورت نه تنها شیر یا خط، بلکه همچنین جهت‌گیری خود سکه هم در نظر گرفته می‌شود. بنابراین، وقتی سکه‌ها به هوا پرتاب می‌شوند، سکه‌ها با جهت‌گیری‌های مختلفی به یکدیگر برخورد می‌کنند و برخی از این برخوردها احتمال نتیجه نهایی را تغییر می‌دهند.

گاهی اوقات سکه‌ها به هم برخورد می‌کنند و نتایج را تغییر می‌دهند و نتایج خاصی کمتر رخ می‌دهند. گاهی اوقات هم سکه‌ها در کنار هم قرار می‌گیرند و احتمال رخ دادن برخی نتایج خاص را بیشتر می‌کنند، همه اینها رفتارهای برهم نهی هستند.

اسکات آرونسون، دانشمند علوم نظری کامپیوتر از دانشگاه تگزاس، آستین، می‌گوید:

اصل اساسی یک کامپیوتر کوانتومی این است که از این پدیده در مقیاس وسیعی بهره ببرد. در واقع، اساسا طرح‌ریزی دقیق یک الگوی برهم نهی.

بنابراین اگر می‌خواهید همه چیز را به جز جوابی که به دنبالش هستید، حذف کنید یا می‌خواهید که سکه‌ها در هوا با هم برهم نهی داشته باشند. برای ناظر، جواب دقیقا همانند خروجی بیت‌های منظم است و قوانین مکانیک کوانتومی در پس زمینه اتفاق می‌افتند.

چه کارهایی را می‌توان با رایانه‌های کوانتومی انجام داد؟

ریچارد فاینمن، فیزیکدان مشهور در سال ۱۹۸۲، برای نخستین بار ایده ساخت کامپیوتر کوانتومی را در یک مقاله توضیح داد، کامپیوتری که می‌توانست با استفاده از مکانیک کوانتومی برخی مسائل محاسباتی را حل کند. اما این فرضیه، بیشتر شبیه اولین روش نوشتن نت‌های موسیقی بود، نت‌هایی که هیچ وسیله‌ای برای نواختن آن‌ها وجود نداشت و هیچ موسیقی هم برای آن‌ها نوشته نشده بود.

اما این تا زمانی بود که ریاضیدانان الگوریتم‌هایی برای آن نوشتند که این نوع محاسبات را قابل استفاده کرده و به این ترتیب، این رویا منطقی‌تر شد. نظریه‌پردازان، موسیقی‌ها (الگوریتم‌ها) را نوشتند، در حالی که فیزیکدانان مشغول ساختن سازهای (کامپیوترهای کوانتومی فیزیکی) آن بودند.

کامپیوترهای کوانتومی امروزی کاملا شکننده‌اند و باید در دمای نزدیک به صفر مطلق نگهداری شوند

اما اکنون تنها بیت‌های کوانتومی عجیبی در اختیارتان قرار گرفته‌اند که خروجی آن‌ها را قبلا نمی‌توانستید حدس بزنید. اکنون باید بدانید که چگونه از آن‌ها استفاده کنید. امروزه محققان فکر می‌کنند که زمینه‌های مختلفی وجود دارد که یک کامپیوتر کوانتومی می‌تواند بهتر از کامپیوترهای کلاسیک مسائل را حل کند.

بدیهی است که می‌توان از این بیت‌های کوانتومی برای شبیه‌سازی در زمینه‌هایی استفاده کرد که از قوانین مکانیک کوانتوم پیروی می‌کنند، یعنی اتم‌ها و مولکول‌ها. دانشمندان می‌توانند از کوبیت‌ها برای مدل‌سازی مولکول‌ها و  نحوه‌ی تعاملات آن‌ها با هم استفاده کنند. این می‌تواند به شرکت‌های داروسازی کمک کند تا داروهای جدیدی با خواص جدید بسازند.

مدل سازی مولکول کافئین

دانشمندان قبلا هم توانسته‌اند با استفاده از کامپیوترهای کلاسیک این مولکول‌ها را مدل‌سازی کنند، اما مکانیک کوانتوم می‌تواند سرعت این مدل‌سازی‌ها را به طور چشمگیری افزایش دهد. رابرت سوتور، معاون بخش شناختی، بلاک چین و راهکارهای کوانتومی شرکت آی بی ام، می‌گوید که نشان دادن رفتار کامل مولکول‌های کافئین، از جمله قوانین مکانیکی کوانتومی ذرات، ممکن است که تنها به ۱۶۰ کوبیت نیاز داشته باشد. انجام این کار با یک کامپیوتر کلاسیک با این سطح از جزئیات نیاز به حدود  ۱۰۴۸ بیت داشته که واضح است، عدد بسیار بزرگی است و نیاز به صدها ترابایت حافظه دارد.


بیشتر بخوانید: داستان بیتکوین و بلاک چین: تاریخچه پیدایش بیتکوین، امنیت و نحوه سرمایه گذاری در آن


شرکت IBM قبلا مولکول هیدرید بریلیم بسیار سبک‌تر را با استفاده از یک کامپیوتر کوانتومی ۶ کیوبیتی مدل‌سازی کرده است. محققان آزمایشگاه ملی لارنس برکلی هم توانسته‌اند همه حالت‌های انرژی یک مولکول هیدروژن را با کامپیوتر کوانتومی دو کوبیتی خود مشخص کنند.

الگوریتم‌های دیگری هم وجود دارد که محققان فکر می‌کنند ممکن است موجب افزایش سرعت رایانه‌های کلاسیک شوند. به عنوان مثال، الگوریتم گرور، می‌تواند به جستجوی بهینه‌سازی شده کمک کند. برخی محققان هم مشغول استفاده از محاسبات کوانتومی در هوش مصنوعی و یا حل برخی مشکلات بهینه‌سازی در زمینه‌های دیگر هستند.

 

دانشمندان می‌توانند از کوبیت‌ها برای مدل‌سازی مولکول‌ها و  نحوه‌ی تعاملات آن‌ها با هم استفاده کنند.
دانشمندان می‌توانند از کوبیت‌ها برای مدل‌سازی مولکول‌ها و  نحوه‌ی تعاملات آن‌ها با هم استفاده کنند.

اما شاید مورد بحث‌ترین مبحث کامپیوترهای کوانتومی الگوریتم شر باشد که می‌تواند تقریبا نحوه رمزنگاری همه اطلاعات را تغییر دهد. الگوریتم شر در سال ۱۹۹۴ توسط پیتر شر مطرح شده است، هدف این الگوریتم فاکتورگیری از عدد صحیح است. فاکتورگیری به معنای واقعی یعنی همان چیزی که در مدرسه آموخته‌اید، به این ترتیب، می‌توانید، ۱۵ را به ترتیب به فاکتورهای ۳، ۵ و ۵ تقسیم کنید. جمع کردن اعداد با یکدیگر، یک کار محاسباتی ساده است، اما فاکتورگیری از اعداد بزرگ، نیاز به صرف زمان زیادی دارد.

محققان بر این باورند که هنوز سال‌ها تا آزمایش موفق یک کامپیوتر کوانتومی کاربردی فاصله داریم

رمزنگاری مدرن مبتنی بر این دانش است، بنابراین بسیاری از اطلاعات در ساده‌ترین شکل آن، شامل اطلاعاتی رمزنگاری شده با تبدیل اشیا به اعداد، ضرب کردن آن‌ها با یکدیگر و همسو کردن آن‌ها با فاکتورگیری هستند. رمزنگاری در همه جا مورد استفاده قرار می‌گیرد، از کلمه‌های عبور مختلف تا بانکداری و شبکه‌های اجتماعی. اما اگر یک کامپیوتر کوانتومی بتواند الگوریتم شر را اجرا کند و این رمزنگاری را بشکند، روش‌های رمزنگاری قدیمی دیگر امن نخواهند بود.  البته تمام محققان فعال در این زمینه اذعان دارند که هنوز دهه‌ها با رمزنگاری آر اس ای فاصله دارند. اما دانشمندان در مسیر خوبی قرار دارند و محاسبات ریاضی جدیدی می‌تواند برای رمزنگاری مورد استفاده قرار گیرد.

استیفن هاس، فیزیکدان تئوری دانشگاه کالیفرنیا، می‌گوید:

فکر می‌کنم در این سطح، محاسبات کوانتومی بیشتر شبیه جنگ سرد است. درواقع شما به این جهت می‌خواهید سلاح هسته‌ای داشته باشید که دیگران سلاح هسته‌ای دارند.

یک کوبیت فیزیکی

دانشمندان به ترانزیستورها، سوئیچ‌های الکتریکی کوچک، برای ذخیره بیت‌ها و ساخت کامپیوترهای معمولی نیاز دارند. به همین ترتیب، آن‌ها نیاز به سخت افزارهایی دارند که بتوانند بیت‌های کوانتومی را ذخیره کنند. مسئله کلیدی در ساخت یک کامپیوتر کوانتومی یافتن راهکاری برای مدل‌سازی یک سیستم کوانتومی است که قابل کنترل باشد، در واقع احتمالات و نوع جهت‌گیری سکه‌ها را تعیین کنند.

این مورد را می‌توان با اتم‌هایی که به وسیله‌ی لیزر، فوتون و دیگر سیستم‌ها به دام افتاده‌اند، انجام داد. اما اکثر موسسات و شرکت‌هایی که مدل‌های اولیه‌ی کامپیوتر کوانتومی را طراحی کرده‌اند، چنین کامپیوتری را با استفاده از ابررساناها و قطعات بسیار پرسرعت الکترونیکی ساخته‌اند.

دنیای محاسبات کوانتومی اکنون بیش‌تر به جنگ سرد شبیه است. درواقع بسیاری به این جهت می‌خواهند سلاح هسته‌ای (کامپیوتر کوانتومی) داشته باشند که دیگران سلاح هسته‌ای دارند!

این کامپیوترها به مانند میکروچیپ‌های کوچک هستند. بجز اینکه این میکروچیپ‌ها به اندازه یک اتاق هستند و در دمای کمی بالاتر از صفر مطلق نگه‌داری می‌شوند. این ابررساناها در زمان انجام عملیات‌های محاسبات کوانتومی برای مدتی طولانی در این دما نگه داشته می‌شوند. ایرفان سیدیکی، محققی از دانشگاه کالیفرنیا، برکلی می‌گوید که انواع دیگر سیستم‌ها می‌توانند محاسبات کوانتوم را به مدت طولانی انجام دهند، اما کندتر هستند.

اکنون پیشرفت‌های زیادی در زمینه‌ی محاسبات کوانتومی حاصل شده است که دو سال قبل قابل تصور هم نبودند
اکنون پیشرفت‌های زیادی در زمینه‌ی محاسبات کوانتومی حاصل شده است که دو سال قبل قابل تصور هم نبودند

سه نوع کوبیت از این الکترون‌ها وجود دارد که بر حسب ساختار و خواص فیزیکی متفاوت خود، شار، شارژ و مرحله کوبیت نامیده می‌شوند. همه آن‌ها برای کار کردن به چیزی به نام اتصال جوزفسون متکی هستند. اتصال جوزفسون قطعه کوچک ابررسانای غیراشباع است که بین سیم‌های ابررسانایی قرار دارد، جایی که الکترون‌ها بدون مقاومت حرکت کرده و اثرات کوانتومی واضحی در سیستم‌های بزرگ‌تر را نشان می‌دهند.

دستکاری جریان از طریق سیم‌ها به فیزیکدانان اجازه می‌دهد کوبیت‌ها را در این سیستم‌ها تنظیم کنند. امروزه این سیستم‌ها بسیار شکننده هستند. آن‌ها به وسیله‌ی هر گونه سر و صدا به بیت‌های کلاسیک تبدیل می‌شوند و هر کوبیت اضافی، پیچیدگی بیشتری را به مجموعه‌ی محاسباتی اضافه می‌کند. بزرگ‌ترین کامپیوترهای کوانتومی امروزی کمتر از ۲۰ کوبیت دارند. در این مورد یک استثنا هم وجود دارد و آن کامپیوتر شرکت دی ویو سیستمز است که ۲ هزار کوبیت در آن به صورت جداگانه عمل می‌کنند.

یک کامپیوتر کوانتومی همیشه خطا خواهد داشت

انجام محاسبات با این کوبیت‌ها می‌تواند، چالش‌برانگیز باشد. کامپیوترها معمولی دارای تصحیح خطای مبتنی بر تست افزونگی هستند، در این مکان‌ها بیت‌های چندگانه‌ای در صورت شکست در عملیات، عملکرد مشابهی را انجام می‌دهند. برای اینکه یک کامپیوتر کوانتومی این کار را انجام دهند، باید کوبیتی‌های اضافی را به طور خاص جهت بررسی خطاها در سیستم‌های خود داشته باشند.

اما ماهیت مکانیک کوانتومی باعث می‌شود که اصلاح این خطاها نسبت به کامپیوترهای کلاسیک بسیار دشوارتر شود. در حقیقت حدود ۲ هزار کوبیت فیزیکی برای پدید آوردن یک کوبیت قابل اعتماد باید پشت سر هم کار کنند.

دبی لیونگ، محققی از موسسه محاسبات کوانتومی دانشگاه واترلو می‌گوید:

اکنون پیشرفت‌های زیادی در زمینه‌ی محاسبات کوانتومی حاصل شده است که دو سال قبل قابل تصور هم نبودند.

لافورست می‌گوید:

یک کامپیوتر کوانتومی همیشه خطایی خواهد داشت.

مولکول‌های مدل‌سازی شده به اندازه کافی دقیق نیستند، به همین دلیل محققان در چندین سیستم چند کوبیتی این نوع شبیه‌سازی ها را انجام می‌دهند. محققان اذعان دارند که با کوبیت‌های بهتر و تحقیقات بیشتر، رفته رفته به ساخت و توسعه پردازنده‌های چند کوبیتی نزدیک‌تر می‌شوند.

لافورست توضیح می‌دهد:

 اکنون ما در تقاطعی قرار داریم که در آن تقاضای نظری و واقعیت آزمایش‌ها با هم همپوشانی دارند.

چه موسسات و شرکت‌هایی مشغول ساخت کامپیوتر کوانتومی هستند؟

دانشگاه‌ها، آزمایشگاه‌های ملی و شرکت‌هایی مانند آی بی ام، گوگل، مایکروسافت و اینتل هم اکنون به دنبال ساخت و توسعه کامپیوترهای کوانتومی هستند. این شرکت‌ها و موسسات که تاکنون توانسته‌اند، کامپیوترهای کوانتومی با پردازنده‌های ۲۰ کوبیتی (یا بالاتر) توسعه دهند و به طور همزمان کامپیوترهای کوانتومی را با کامپیوترهای کلاسیک شبیه‌سازی کنند. اما حدود ۵۰ کوبیت محدود محسوب می‌شود. شرکت آی بی ام به تازگی، کامپیوتر کوانتومی ۵۶ کوبیتی را توسعه داده است، چیزی که در یک کامپیوتر کلاسیک به ۴.۵ ترابایت حافظه برای پردازش نیاز دارد.

دانشگاه‌ها، آزمایشگاه‌های ملی و شرکت‌هایی مانند آی بی ام، گوگل، مایکروسافت و اینتل هم اکنون به دنبال ساخت و توسعه کامپیوترهای کوانتومی هستند
دانشگاه‌ها، آزمایشگاه‌های ملی و شرکت‌هایی مانند آی بی ام، گوگل، مایکروسافت و اینتل هم اکنون به دنبال ساخت و توسعه کامپیوترهای کوانتومی هستند

هر شرکتی روش نسبتا متفاوت خود را برای ساخت و توسعه دستگاه‌های ابررسانا دارد. رابرت سوتور، مدیر ارشد بخش توسعه و تحقیق شرکت آی بی ام می‌گوید که این شرکت با یک برنامه‌ی بلند مدت امیدوار است که کامپیوتر کوانتومی بسازد که روزی بتواند از طریق سرویس‌های ابری به کامیپوترهای کلاسیک متصل شود.

شرکت اینتل هم اکتبر سال گذشته با رونمایی از کامپیوتر کوانتومی ۱۷ کوبیتی خود وارد عرصه رقابت محاسبات کوانتومی شد. مایکروسافت هم هدف مشابه بلند مدتی برای ساخت کامپیوتر کوانتومی دارد. شایعات فراوانی وجود دارد که ادعا می‌کنند، گوگل هم قرار است یک کامپیوتر کوانتومی ۴۹ یا ۵۰ کیوبیتی را آزمایش کند. برتری کوانتومی به این معناست که یک الگوریتم جداگانه همیشه می‌تواند موجب برتری شود و موجب حل مسائلی شود که کامپیوترهای کلاسیک قادر به حل آن نیستند.

آرونسون می‌گوید:

این احتمالا یک کار فریبنده است، چیزی که به طور کلاسیک مهم نیست. فکر می‌کنم اکنون، محاسبات کوانتومی موجب افزایش شک و تردیدها شده‌اند. افرادی هستند که همواره می‌گویند، کامپیوتر کوانتومی یک رویای توخالی است.

با وجودی که به نظر می‌رسد شرکت‌های مختلفی هدف‌های بلند مدتی را برای توسعه و ساخت کامپیوترهای کوانتومی طرح‌ریزی کرده‌اند؛ اما در این میان، گوگل هنوز اظهار نظر واضحی در مورد ساخت یک رایانه کوانتومی نکرده است. در حالی که به نظر می‌رسد، سال ۲۰۱۸، سال رونق محاسبات کوانتومی است، اما اینطور نیست و در عوض اکثر محققان بر این باورند که هنوز سال‌ها تا آزمایش موفق یک کامپیوتر کوانتومی کاربردی فاصله داریم.

سوتور می‌گوید:

تا سال ۲۰۲۰ و ۲۰۲۱، شاهد مزایای واقعی کامپیوترهای کوانتومی برای کابران، شرکت‌ها و تحقیقات علمی خواهیم بود.

اما یک شرکت بحث‌انگیز به نام دی ویو سیستمز در مقابل نوعی دیگری از محاسبات به نام محاسبات کوانتومی آدیاباتیک را انجام می‌دهد. به جای چند ده کوبیت، آن‌ها کامپیوتری با ۲ هزار کوبیت را آزمایش کرده‌اند و به جای اتکا به مدارهای منطقی کوانتومی به مانند دیگر کامپیوترهای کوانتومی در دست توسعه، کامپیوتر دی ویو یک نوع مشکل را حل می‌کند.

مشکلات بهینه‌سازی، همچون یافتن بهترین راه حل از بین مجموعه‌ای از راه‌حل‌های خوب. این نوع مشکلات به طور بالقوه در امور مالی کاربردهای زیادی خواهند داشت. بر خلاف رقبا، دی ویو نیاز ندارد که خطاهای کوبیت‌هایش تصحیح شوند. در عوض، این کامپیوتر کوانتومی، با اجرای چندین باره الگوریتم‌ها در بازه‌ی زمانی چند ثانیه‌ای خطاهای خود را تصحیح می‌کند.

رابرت بو اوالد، رئیس شرکت دی ویو سیستمز، می‌گوید:

آیا هدف اصلی این سیستم حل تمامی مشکلات است؟ خیر. اما هیچ کامپیوتری هم وجود ندارد که همه‌ی مشکلات را حل کند.

محققان بر این باورند که کامپیوتر دی ویو، یک کامپیوتر کوانتومی است، اما مطمئن نیستند که آیا برای حل برخی مسائل نسبت به یک کامپیوتر کلاسیک بهتر است یا خیر. اوالد می‌گوید، برخی محققان که از این کامپیوتر کوانتومی استفاده کرده‌اند، می‌گویند، دی ویو قادر به اجرای برخی الگوریتم‌های کلاسیک بوده است. اما اوالد می‌خواهد، روزی کامپیوترهای کوانتومی را همچون کامپیوترهای کلاسیک در دسترس مردم قرار دهد.

چشم‌انداز کامپیوترهای کوانتومی

همه‌ی محققان و افراد مهم فعال در زمینه‌ی محاسبات کوانتومی حتی رابرت اوالد، موافق‌اند که ما با دیدن کامپیوترهای کوانتومی در زندگی روزمره فاصله زیادی داریم. آزمایش‌های هیجان انگیزی در این زمینه انجام شده است، اما محققان اذعان دارند که هنوز در اوایل راه ساخت یک کامپیوتر کوانتومی کاربردی هستند.

انبوهی از چالش‌ها مانند اصلاح خطا وجود دارد و پس از آن مشکلات مربوط به انتقال اطلاعات کوانتومی بین کامپیوترهای دور یا اطلاعات ذخیره شده کوانتومی در حافظه‌های طولانی مدت هم در میان است. اینکه آیا شرکت‌ها و موسساتی هستند که به طور مخفی مشغول کار روی کامپیوترهای کوانتومی هستند هم موضوع دیگری است که به نظر نمی‌رسد، چنین موسساتی هم یک مدل فوق‌العاده پیشرفته در دست ساخت داشته باشند.

شرکت آی بی ام امیدوار است کامپیوتر کوانتومی بسازد که روزی بتواند از طریق سرویس‌های ابری به کامیپوترهای کلاسیک متصل شود
شرکت آی بی ام امیدوار است کامپیوتر کوانتومی بسازد که روزی بتواند از طریق سرویس‌های ابری به کامیپوترهای کلاسیک متصل شود

آرونسون در این مورد می‌گوید:

به خوبی آگاه هستیم که بهترین دانشمندان چه کسانی هستند و انتظار داریم که آن‌ها هم همچون فیزیکدانان پروژه منتهن (پروژه‌ای که به ساخت بمب اتم ختم شد) وظیفه خود را انجام دهند. فکر می‌کنم محاسبات کوانتومی به صورت یک زمینه تحقیقاتی بسیار سالم باقی بماند، اما در عین حال واقعیت دارد که ساخت یک کامپیوتر کوانتومی کاربردی یک مسپولیت عظیم تکنولوژیکی است.

بنابراین ممکن نیست که به این زودی‌ها صاحب یک کامپیوتر کوانتومی شوید و احتمالا هیچگاه هم ممکن نخواهد بود. در چند سال آینده ممکن است درباره برخی مزایای محاسبات کوانتومی مانند پیشرفت‌های بیوشیمیایی چیزهایی بشنوید، اما مزایای دیگر رایانه‌های کوانتومی را می‌توانید طی دو دهه‌ی آینده بشنوید. مورد دیگر اینکه، هنوز هیچ دلیلی وجود ندارد که نشان دهد یک کامپیوتر کوانتومی از کامپیوتر کلاسیک بهتر است.

.

منبع: gizmodo



ارسال نظر (2 نظر)

    مرسی برای مغاله ی مفیدتون. فقط ترجمه ای که از متن انگلیسی شده کمی نقیض داره. مثلا در اینجا: “شرکت آی بی ام امیدوار است کامپیوتر کوانتومی بسازد که روزی بتواند از طریق سرویس‌های ابری به کامیپوترهای کلاسیک متصل شود” سرویس ابری همون (cloud baste service) هست که بهتره در اینجا سرویسهای شبکه/اینترنت ترجمه بشه که سلیستر و بهتر قابل درک باشه. بازم کمال تشکر رو دارم که چنین پستی رو نوشتید.

    0

    0
    پاسخ

    ایا آن محفظه هایی که در سیبری و قطب در زیر زمین هستند مربوط به کامپیوتر های کوانتومی هستند؟

    0

    0
    پاسخ