همه چیز در خصوص کامپیوتر کوانتومی

کامپیوتر های کوانتومی ماشین ها و ابزار هایی هستند که از علم فیزیک کوانتوم برای ذخیره اطلاعات و انجام محاسبات استفاده می کنند. این روش برای ابرکامپیوتر ها بسیار کار آمد خواهد بود. کامپیوتر های کلاسیک و معمولی شامل گوشی های هوشمند، لپ تاپ و … می شوند که اطلاعات ذخیره شده را در بیت های باینری 0 و 1 ذخیره و رمزگزاری می کنند. اما در کامپیوتر های کوانتومی، واحد اصلی حافظه یک بیت کوانتومی یا کیوبیت می‌‍باشد.

ابرکامپیوتر ها چه ضعف هایی دارند؟

معمولا در زمانی که متخصصان و محققان با مشکلات بسیار سخت مواجه می شوند به ابرکامپیوتر ها رجوع می کنند. معمولا این سیستم ها دارای چندین پردازنده و کارت گرافیک قدرتمند بوده و در تلاش است که پردازش های فوق سنگین را مدیریت کند. دلیل به مشکل خوردن این سیستم ها، پیچیدگی یک مسئله یا پردازش در مدیریت تعدادی زیادی متغیر است. در چنین مواقعی ابرکامپیوتر ها مشکل شما را حل نخواهند کرد!

چرا به کامپیوتر های کوانتومی احتیاج داریم؟

کامپیوتر کوانتومی به کمک قوانین مکانیک کوانتومی قادر به حل مسائل سختی است که کامپیوتر های کلاسیک قادر به حل آنها نیست. در حال حاضر IBM Quantum سخت افزار کوانتومی واقعی را در دسترس هزاران توسعه دهنده قرار داده است. پردازنده های کوانتومی قدرتمند سرعت محاسبات و ظرفیت مورد نیاز را افزایش می دهد. یک ابر کامپیوتر ممکن است خیلی از پردازش‌های فوق سنگین را به درستی و در زمان کوتاه انجام ندهد. به این مثال کمی دقت کنید:

پروتئین‌ها رشته‌های بلندی از اسیدهای آمینه بوده که وقتی به حالت‌های پیچیده تغییر شکل می‌دهند به ماشین‌های بیولوژیکی مفیدی تبدیل می‌شوند. دانستن این نکته که پروتئین ها به چه شکلی تا می شوند کمی سخت بوده و پیامدهای مهمی برای زیست شناسی و پزشکی دارد.

یک ابرکامپیوتر ممکن است بتواند پروتئین را با نیروی زیاد تا کند. بدین صورت که از پردازنده‌های خود برای بررسی روش های ممکن به جهت انجام این عمل قبل شروع پردازش استفاده کند؛ ولی هرچقدر این عمل طولانی‌تر و توالی پروتئین‌ها پیچیده‌تر شود، کامپیوتر شما دچار مشکل خواهند شد.

هر کامپیوتری برای مدیریت ترکیبات ممکن، حافظه و توان کافی را نخواهد داشت. لذا الگوریتم لازم برای حل مسئله پیدا نمی‌شود و سیستم دچار مشکل خواهدشد. در خصوص این پروتئین‌ها الگوریتم کوانتومی اولیه‌ای وجود داشته که می‌تواند الگوهای تا شونده را به روش‌های جدید و کار‌آمد بدون دردسر‌هایی که کامپیوتر های کلاسیک دارند، مدیریت و حل نماید.

کامپیوتر های کوانتومی چگونه کار می کنند؟

کامپیوتر های کوانتومی ماشین های ظریف و کوچکتری نسبت به ابرکامپیوتر ها هستند. دارای پردازنده کوانتومی IBM و یک سیستم سخت افزاری بوده که تقریبا به اندازه یک ماشین است. همچنین شامل سیستم‌های خنک‌کننده بوده که در عملیات های فوق سنگین فوق العاده عمل می کند. کامپیوتر کوانتومی از کیوبیت ها (CUE-Bits) برای اجرای الگوریتم‌های کوانتومی چند بعدی استفاده می‌کند.

ابر سیال ها (Superfluids)

پردازنده این کامپیوتر ها نیاز به خنک کننده قدرتمند دارد. دمای آنها تقریبا باید حدود یک صدم درجه بالای صفر باشد، لذا شما به ابر سیالات فوق خنک برای ایجاد ابر رسانا نیاز دارید.

ابر رسانه ها (Superconductors)

در دمای بسیار پایین، پردازنده ها اثر کوانتومی مهمی از خود نشان می دهند به طوری که الکترون ها بدون مقاومت در آنها حرکت می کند. این مسئله آنها را به ابر رسانه تبدیل می‌کند. زمانی که الکترون ها از ابررسانه ها عبور می‌کنند، با هم هماهنگ شده و جفت کوپر را تشکیل می دهد. این جفت ها قادر خواهند بود بار را از طریق موانع یا عایق ها فرایند تونل زنی کوانتومی، حمل کنند. دو ابر رسانایی که در دو قسمت یک عایق قرار گرفته اند، یک اتصال به نام جوزفسون تشکیل خواهند داد.

کنترل (Control)

کامپیوتر‌های کوانتومی از اتصالات جوزفسون به عنوان کیوبیت‌های ابررسانه استفاده خواهند کرد. با پرتاب این فوتون‌های مایکروویو به طرف این کیوبیت‌ها، رفتار آنها قابل کنترل بوده و آنها قادر خواهند بود واحد های جداگانه اطلاعات کوانتومی را نگه داشته، تغییر داده و بخوانند.

بر هم نهی (Superposition)

وجود کیوبیت ها خیلی مفید نیست، اما می‌تواند یکی حرکت مهم را انجام دهد. قراردادن اطلاعات کوانتومی در حالت بر هم نهی نشان دهنده ترکیبی از تمام تنظیمات ممکن کیوبیت است. تعدادی از کیوبیت‌ها در این فرایند می‌توانند فضاهای‌ محاسباتی پیچیده و چندبعدی را ایجاد کنند. این مسائل به شکل جدیدی در این فضا نشان داده خواهد شد.

در هم تنیدگی (Entanglement)

در هم تنیدگی یک اثر مکانیکی کوانتومی بوده که رفتار دو چیز مجزا را به هم مرتبط می کند. زمانی که دو کیوبیت ها در هم تنیده شوند، تغییرات یک کیوبیت مستقیما در دیگری اثر خواهد گذاشت. لذا الگوریتم‌های کوانتومی از این روابط به وجود آمده برای یافتن راه حل‌هایی به جهت حل مسائل پیچیده استفاده خواهد کرد.

منبع

نظرات (0)