رایانه کوانتومی چیست؟
یک کامپیوتر کوانتومی برخی از پدیده های
اسرارآمیز مکانیک کوانتومی را مهار می کند تا جهش های عظیمی را در قدرت
پردازش به دست آورد. این ماشینهای کوانتومی اطمینان می دهند حتی از
توانمندترین ابررایانه های امروز و فردا پیشی بگیرند.
البته فعلا قرار نیست که رایانه های کوانتومی، کامپیوترهای معمولی را منسوخ
کنند. استفاده از رایانه های کلاسیک هنوز ساده ترین و اقتصادی ترین راه حل
برای مقابله با اکثر مشکلات خواهد بود. اما رایانه های کوانتومی نویدبخش
پیشرفت‌های حیرت‌انگیزی در زمینه های مختلف هستند، از علوم مواد تا تحقیقات
دارویی.
راز قدرت یک رایانه کوانتومی در توانایی تولید و دستکاری بیت‌های کوانتومی یا کیوبیت نهفته است.
کیوبیت چیست؟
رایانه‌های
امروزی از بیت استفاده می کنند، جریانی از تپ‌های الکتریکی یا نوری که
نمایانگر 1 یا 0 است. همه چیز از توییت و نامه لکترونیکی گرفته تا آهنگ های
iTunes و فیلم های YouTube اساساً رشته های طولانی از این رقم‌های دودویی
هستند.
از طرف دیگر رایانه های کوانتومی از بیت‌های کوانتومی (یا
همان کیوبیتها) استفاده می کنند، که به طور معمول ذرات زیراتمی مانند
الکترون یا فوتون هستند. تولید و کنترل کیوبیت یک چالش علمی و مهندسی است.
برخی از شرکتها مانند IBM ، Google و Rigetti Computing از مدارهای
ابررسانای خنک شده در دمای سردتر از اعماق فضا استفاده می کنند (اندکی
بالاتر از منفی 273 درجه سانتیگراد). برخی دیگر از مراکز پژوهشی، مانند
IonQ ، اتمهای منفرد را در میدانهای الکترومغناطیسی در محفظه های خلاء
بسیار پرقدرت روی تراشه سیلیکون به دام می اندازند. در هر دو روش، هدف این
است که کیوبیتها در حالت کوانتومی کنترل شده، جداسازی شوند.
کیوبیتها
دارای برخی از خصوصیات عجیب هستند که ریشه در فیزیک کوانتومی دارند، این
خواص عجیب به معنای آن است که یک گروه متصل از آنها می توانند قدرت پردازش
بیشتری نسبت به همان تعداد بیت‌های دودویی فراهم کنند. دو مورد از این
خصوصیات عبارتند از برهمنهی و درهمتنیدگی.
برهمنهی:
کیوبیتها
می تواند چندین ترکیب احتمالی از 1 و 0 را همزمان نشان دهد. این توانایی
حضور همزمان در چندین حالت، برهمنهی کوانتومی نامیده می شود. محققان برای
قرار دادن کیوبیت ها در وضعیت برهمنهی با استفاده از لیزرهای دقیق یا
پرتوهای مایکروویو ، آنها را دستکاری می کنند.
با کمک این پدیده
متناقض، یک کامپیوتر کوانتومی با تعدادی کیوبیت برهمنهی شده می تواند تعداد
زیادی از نتایج بالقوه را به طور همزمان بدست آورد. نتیجه نهایی یک محاسبه
فقط پس از اندازه گیری کیوبیت ها پدید می آید و اندازه گیری به نوبه خود
باعث می شود حالت کوانتومی کیوبیت بلافاصله به 1 یا 0 کاهش یابد.
درهمتنیدگی:
محققان
می توانند جفت کیوبیت های درهم تنیده شده را تولید کنند، به این معنی که
دو عضو یک جفت در یک حالت کوانتومی واحد قرار دارند. تغییر وضعیت یکی از
کیوبیتها ، حالت کیوبیت قبلا جفت شده را با روشی قابل پیش بینی فوراً تغییر
می دهد. این اتفاق حتی اگر این‌دو در مسافت بسیار طولانی، از هم جدا شده
باشند، نیز رخ میدهد.
هنوز کسی از سازوکار درهمتنیدگی اطلاعی ندارد،
درهمتنیدگی انیشتین را که آن را "اقدام شبح وار از راه دور" توصیف می کرد ،
متعجب کرد. اما در هر صورت این امکان در رایانه های کوانتومی وجود دارد.
در یک رایانه معمولی، دو برابر کردن تعداد بیت ها قدرت پردازش آن را دو
برابر می کند. اما به لطف درهمتنیدگی، اضافه کردن کیوبیت های جدید به
دستگاه کوانتومی باعث افزایش نمایی در توانایی محاسباتی آن ماشین می شود.
رایانه
های کوانتومی کیوبیت ها را در نوعی زنجیره کوانتومی گرفتار کرده تا کار
اسرارآمیزشان را انجام دهند. توانایی این دستگاه ها برای سرعت بخشیدن به
محاسبات با استفاده از الگوریتم های کوانتومی ویژه طراحی شده ، علت وجود
همهمه در مورد پتانسیل آنها است.
البته این خبر خوبی است ولی خبر بد
این است که ماشینهای کوانتومی به دلیل ناهمدوسی در معرض خطای بیشتری نسبت
به رایانه های کلاسیک هستند.
ادامه دارد...
منبع: technologyreview.com