معرفی کامپیوتر کوانتومی و قدرت شگفت انگیز آن ها

با پیشرفت تکولوژی در صنعت، انجام محاسبات سنگین و در عین حال پرسرعت از عهده ی ابر رایانه ها نیز بر نمی اید. پس مهندسان برای رفع این مشکل دست به ساخت یک سیستم متفاوت با قدرت متحول کننده ای زدند.

این تکنولوژی تحولی عظیم در صنعت است که با استفاده از اصول مکانیک کوانتوم (ذرات ریز اتمی)، از جمله درهم تنیدگی و قرار گیری در ارایش خاص کار می کند. چنین تعریفی ممکن است عجیب باشد، اما در واقع برای استفاده از آن نیازی به دانستن دقیق این فناوری ندارید. گوشی هوشمند شما نوعی فناوری کوانتومی است نیمه هادی های آن از فیزیک کوانتوم برای کار استفاده می کنند. در اینجا به معرفی کامپیوتر کوانتومی و قدرت شگفت انگیز آن میپردازیم.

این رایانه ها در واقع ماشین هایی هستند که از ویژگی های فیزیک کوانتوم برای ذخیره داده ها و انجام محاسبات استفاده می‌کنند. این سیستم ها می‌توانند برای کار های خاص حتی از بهترین ابر رایانه های ما بسیار بهتر عمل کنند و سودمند تر باشند. پس با ما همراه باشید تا با جدید ترین فناوری دنیای محاسبات اشنا شوید.

کامپیوتر کوانتومی چگونه کار میکند ؟

سیستم های کلاسیک که شامل تلفن‌ های هوشمند، رایانه ها و لپ ‌تاپ‌ ها می‌شوند، اطلاعات را در بیت‌ های باینری که می‌توانند 0 یا 1 باشند، رمزگذاری می‌کنند. در یک کامپیوتر کوانتومی، واحد اصلی حافظه یک بیت کوانتوم یا کیوبیت است . کیوبیت ها با استفاده از سیستم های فیزیکی مانند اسپین الکترون یا جهت گیری فوتون ساخته می‌شوند.
این سیستم‌ ها می‌توانند به ‌طور همزمان در آرایش‌ های مختلف باشند (خاصیتی که به عنوان برهم نهی کوانتومی شناخته می‌شود). کیوبیت ها همچنین می‌توانند با استفاده از پدیده ای به نام درهم تنیدگی کوانتومی به طور جدایی ناپذیری به یکدیگر متصل شوند. نتیجه این است که یک سری کیوبیت می‌توانند چیز های مختلفی را به طور همزمان نشان دهند؛ حال می‌دانیم کامپیوتر کوانتومی چگونه کار میکند.

به عنوان مثال، هشت بیت برای یک رایانه کلاسیک کافی است تا هر عددی بین 0 تا 255 را نشان دهد. اما هشت کیوبیت برای این سیستم ها کافی است تا هر عددی بین 0 تا 255 را همزمان نمایش دهد. چند صد کیوبیت درهم تنیده برای نشان دادن اعداد بیشتر از اتم های موجود در جهان کافی است.

قدرت کامپیوتر کوانتومی

این ماشین ها با سیستم های قدیمی که بیش از نیم قرن از عمرشان می‌گذرد بسیار تفاوت دارند. اینجاست که قدرت کامپیوتر کوانتومی برتری خود را نسبت به قدرت رایانه های معمولی نشان می‌دهد. در شرایطی که تعداد زیادی مسئله پیچیده وجود داشته باشد، این سیستم ها می‌توانند آن ها را به طور همزمان در نظر بگیرند. به عنوان مثال می توان به تلاش برای یافتن علت وجود اول یک عدد بسیار بزرگ در محاسبات یا بهترین مسیر بین دو مکان اشاره کرد.

رایانش کوانتومی می‌تواند نحوه ی کار شما را در تحقیقات تغییر دهد. این رایانه ها در تلاش برای مدل‌ سازی سیستم‌ های طبیعی، از جمله واکنش ‌های شیمیایی و پروتئین ‌های تاشونده (پیش‌ بینی ساختار سه‌ بعدی یک پروتئین از روی روند اولیه اسید های آمینه به عنوان مشکل تا خوردگی پروتئین شناخته می‌شود)، هستند و مجموعه جدیدی از ابزار ها را برای درک جهان ارائه می دهد.
برنامه نویسی برای این کامپیوتر ها نیازی به اموزش گسترده یا زبان های کد گذاری جدید ندارد. اما به شما امکان دسترسی به یک الگوی محاسباتی کاملاً جدید را می دهد.

فواید کامپیوتر کوانتومی

فناوری کوانتومی تأثیر زیادی بر جامعه داشته است. با بهره برداری از ویژگی ها محققان فیزیک کوانتوم لیزر را اختراع کردند. محققان قطعات الکترونیکی را از نیمه هادی ها و ابر رسانا ها توسعه دادند که در آن آنها می توانند تک تک الکترون ها را دستکاری کنند. ترانزیستور، که چنین اختراعاتی اساس فناوری اطلاعات را به کل تغییر داده.

رایانه ها، اینترنت و خیلی چیز های دیگر که تا حد زیادی جامعه امروزی را شکل می دهد سبب وجود این تکنولوژی است و در نهایت انجام محاسبات سنگین که حتی از عهده ابر کامپیوتر ها برنمی‌اید که از اولین فواید کامپیوتر کوانتومی بوده.

معایب کامپیوتر کوانتومی

در حال حاضر اگر به معایب کامپیوتر کوانتومی نگاهی بیندازیم میبینیم که این رایانه ها باید از کیوبیت ها در برابر تداخل خارجی محافظت کنند، چه از طریق جدا سازی فیزیکی آن ها، خنک نگه داشتن آن ها و یا از بین بردن آن ها با پالس های انرژی به دقت کنترل شده.
این کامپیوتر ها بسیار حساس هستند: گرما، میدان ‌های الکترومغناطیسی و برخورد با مولکول‌ های هوا می‌تواند باعث شود که کیوبیت خواص کوانتومی خود را از دست بدهد. این فرآیند که به نام decoherence (عدم انسجام) در کوانتوم شناخته می‌شود؛ باعث از کار افتادن سیستم می‌شود و هر چه ذرات بیشتر درگیر شوند، این امر سریع‌ تر اتفاق می‌افتد.

با این حال، ممکن است عملیات ‌و کار های زیادی نیز وجود داشته باشد که سیستم های معمولی همچنان بهتر از کامپیوتر های کوانتومی عمل کنند. بنابراین رایانه های آینده ممکن است ترکیبی از هر دو نوع باشند.