دانشمندان برای اولین بار موفق شدند اثبات کنند که رایانه های کوانتومی مزیت های قابل توجهی نسبت به رایانه های کنونی دارند. با ورود به عصر فناوری اطلاعات بشر روز به روز شاهد پیشرفت هایی در حوزه های مختلف بوده است. بسیاری از این پیشرفت ها به ما کمک کرده اند تا کارهای خود را سریع تر از گذشته انجام دهیم. بعضی از فناوری های جدید حتی ناممکن ها را برای ما ممکن ساخته اند. یکی از زمینه هایی که سرعت پیشرفت در آن چندین برابر رشته های دیگر می باشد علوم رایانه ای است. اگر مشتاقید بدانید تفاوت رایانه های کوانتومی با رایانه های کنونی چیست در ادامه ی مطلب با ما همراه باشید.
محققان دانشگاه فناوری های مونیخ معتقدند رایانه های کوانتومی انقلابی در صنعت رایانه به پا خواهند کرد. آن ها یک مدار کوانتومی طراحی کرده اند که توانسته است مسئله ای را که برای مدارهای هم تراز کلاسیک غیرقابل حل محسوب می شود، حل کند. برای سال های طولانی، رایانه های کوانتومی چیزی بیش از یک ایده نبودند. اما امروزه شرکت ها، دولت ها و سرویس های جاسوسی در بسیاری از نقاط دنیا، بخشی از سرمایه های خود را وقف توسعه ی فناوری های کوانتومی کرده اند. رابرت کانیگ، نظریه پرداز سیستم های پیچیده ی کوانتومی در دانشگاه فناوری های مونیخ، دیوید گوست از انستیتوی رایانش کوانتومی دانشگاه واترلو و سرگئی بریوی از شرکت IBM، با همکاری یکدیگر این بررسی درباره ی رایانه های کوانتومی را پایه گذاری کرده اند.
چرا رایانه های کوانتومی از رایانه های کنونی سریع تر هستند؟
رایانه های کنونی از قوانین فیزیک کلاسیک تبعیت می کنند. آن ها بر مبنای اعداد دوتایی (صفر و یک) کار می کنند. این اعداد ذخیره می شوند و برای انجام عملیات ریاضی مورد استفاده قرار می گیرند. در واحدهای حافظه ای رایانه های کنونی، هر بیت – کوچک ترین واحد اطلاعاتی – نماینده ی یک نقطه ی ریز میکروسکوپی روی ریزتراشه است. هر یک از این نقاط می توانند یک بار الکتریکی داشه باشند. این بار الکتریکی تعیین می کند که آن بیت روی صفر تنظیم شده است یا روی 1.
این در حالی است که در یک رایانه ی کوانتومی، در هر بیت هم صفر می تواند جای بگیرد و هم 1. این پدیده با قوانین فیزیک کوانتوم که به الکترون ها اجازه می دهد تا در آن واحد در مکان های مختلفی حضور داشته باشند، قابل توجیه است. بنابراین بیت های کوانتومی یا کوابیت ها، می توانند در آن واحد حالت های مختلفی داشته باشند. این پدیده که «برهم نهی» نیز نامیده می شود به رایانه های کوانتومی اجازه می دهد عملیات خود را در آن واحد براساس چندین مقدار عددی انجام دهد در حالی که رایانه های کنونی به تنهایی نمی توانند این عملیات را به صورت فوق انجام دهند و مجبورند ترتیب اعمال را رعایت کنند. به هر حال موفقیت رایانه های کوانتومی در آینده به توانایی شان در حل مسائلی خاص با سرعتی بسیار سریع تر از رایانه های کنونی بستگی دارد.
گذر از حدس و گمان و رسیدن به اثبات
کانیگ و همکارانش در حال حاضر به طور مستدل مزیت رایانه های کوانتومی را اثبات کرده اند. بدین منظور آن ها یک مدار کوانتومی طراحی کردند که می توانست یک مسئله ی جبری سخت را حل کند. مدار مزبور ساختار ساده ای دارد: این مدار بر روی هر کیوبیت خود تعداد مشخصی عملیات انجام می دهد. گفته شده چنین مداری می توند عمقی ثابت داشته باشد. در این بررسی محققان اثبات کردند که مدارهای کلاسیک با عمق ثابت نمی توانند مسئله ی مزبور را حل کنند. آن ها هم چنین پاسخ این سوال را یافتند: چگونه الگوریتم کوانتومی در رقابت با هر مدار کلاسیک قابل مقایسه پیروز خواهد شد؟ پاسخ آن است که: پیروزی از آن الگوریتم کوانتومی خواهد بود چون از اصل ناجایگزیدگی الکترون که در فیزیک کوانتوم مطرح است بهره می گیرد.
پیش از انجام این بررسی علی رغم وجود شواهدی مبنی بر مزیت رایانه های کوانتومی بر کامیوترهای کنونی، این مطلب نه اثبات شده بود و نه به طور تجربی مورد آزمون قرار گرفته بود. یک نمونه از این شواهد الگوریتم کوانتومی شور است که به گونه ای موثر تجزیه ی اعداد به عوامل اول را انجام می دهد. با این حال این که این مسئله جز با استفاده از رایانه های کوانتومی قابل حل نیست صرفا یک حدس و گمان در نظریه ی پیچیدگی است. هم چنین می توان این طور تصور کرد که رویکرد درست حل این مسئله برای رایانه های کلاسیک هنوز پیدا نشده است.
بیشتر بدانید:
پیش بینی زلزله و سونامی به وسیله ی رایانه ها
یک گام به سوی رایانه های کوانتومی
رابرت کانیگ این یافته های جدید را در وهله ی اول به نظریه ی پیچیدگی ربط می دهد. او می گوید: «بدون تکیه بر حدسیات اثبات نشده ی مطرح شده در نظریه ی پیچیدگی، نتایج ما نشان می دهد که پردازش اطلاعات کوانتومی واقعا مزیت هایی را برای ما به ارمغان خواهد آورد» ورای این مباحث، این بررسی نقاط عطف جدیدی را در مسیر دستیابی به رایانه های کوانتومی در اختیار ما قرار می دهد. مدار کوانتومی جدید، به دلیل ساختار ساده ای که دارد این امکان را به ما خواهد داد که در آینده ای نزدیک به درک تجربی از الگوریتم های کوانتومی نائل آییم.»
نتایج به دست آمده درباره ی رایانه های کوانتومی در شهر مونیخ فضای خوبی را به وجود آورده است. این شهر را می توان قطب تحقیقات فناوری های کوانتومی در سال های اخیر برشمرد. در همین راستا ساختمان مرکز تحقیقات کوانتوم دانشگاه فناوی های مونیخ در دست احداث است. در سپتامبر سال جاری حق برگزاری مجمع پژوهشی میان رشته ای در زمینه ی علوم و فناوری های کوانتومی به طور مشترک به دانشگاه های TUM و LMU مونیخ اعطا شد.
امیدوارم شما خوانندگان عزیز مجله ی اینترنتی پروماگ از مطلب امروز لذت برده باشید.
