رایانش کوانتومی و اساس کار و ساختار آن

رایانش کوانتومی

اشتراک گذاری این مطلب:

Share on whatsapp
Share on telegram
Share on email
Share on twitter
Share on print
5 1 vote
Article Rating

بسیاری از شرکتهای قدرتمند فناوری اطلاعات در تلاش هستند تا به رایانش کوانتومی در مقیاسی عمومی و در سریع ترین زمان ممکن، واقعیت ببخشند. این رایانش براساس فیزیک کوانتوم عمل می کند. در جهان کوانتوم، ذرات مواد و به عبارتی کیوبیت ها قادرند یا صفر، یا یک یا هر دو مقدار را داشته باشند. با مطالعه این مقاله، با رایانش کوانتومی و نحوه کار و ساختار آن بطور کامل آشنا می شوید.

رایانه کانتومی

این رایانه، ماشینی است که می تواند با استفاده از قوانین و پدیده های مکانیک کوانتوم و درهم تنیدگی، محاسبات را انجام دهد. رایانه های معمولی که درحال حاضر استفاده می کنیم با رایانه کوانتومی متفاوت هستند. رایانه های ما با ترانزیستورها کار می کنند.

راز اصلی رایانه های کوانتومی این است که آنها از خواص و قوانین فیزیک کوانتوم به منظور ذخیره سازی و انجام عملیات بر روی داده ها استفاده می کنند. ماشین تورینگ کوانتومی که به رایانه کوانتومی جهانی شهرت دارد، یک مدل تئوری و انتزاعی از این ماشین ها است.

رایانه کوانتومی و رایانش کوانتومی

با ساخت رایانه های کوانتومی در مقیاس بزرگ، می توان مسائل خاص را با سرعت بسیار زیاد حل کرد. البته ذکر این نکته مهم است که توابع غیرمقابل محاسبه توسط رایانه های محاسبه پذیر، توسط رایانه های کوانتومی نیز محاسبه نمی شوند. درواقع رایانه های کوانتومی فقط سرعت بیشتری را نسبت به سایر رایانه ها به همراه دارند.

مشکلات ساخت رایانه های کوانتومی

برای انجام محاسبات و رایانش کوانتومی باید از رایانه های کوانتومی استفاده شود. برای ساخت رایانه های کوانتومی، به جای ترانزیستورهای سیلیکون روی میکروتراشه، باید به فکر ساخت دستگاه لیزر بود. دستگاهی که بتواند اتم های واحد را به دام انداخته و ماده را ابررسانا کند. بطوریکه بتواند جریان را بدون مقاومت منتقل کند. با این شیوه، خواص قابل تغییر کوانتومی و سایر معماری های بالقوه قابل دستیابی می شوند.

بدین منظور، ریزپردازنده می بایست در دمای صفر مطلق قرار گیرد. در این دما، ذرات دارای حداقل گرما هستند. ثابت نگه داشتن و کنترل چنین سیستمی بسیار مشکل است. زیرا مقدار اندک انرژی محیط ممکن است باعث فروپاشی کیوبیت ها شود. این اتفاق نیز منجر به تجزیه و تبدیل آنها به بیت های معمولی و بسیار پرهزینه می شود.

در این شرایط، تنها قبل از فروپاشی یک وضعیت کوانتومی، توانایی اجرای مجموعه ای از عملیات کوانتونی یا گیت وجود دارد. محصور ساختن تعداد زیادی کیوبیت می تواند باعث فروپاشی سیستم شود. هر کیوبیت اضافه باعث دو برابر شدن پیچیدگی ماشین خواهد شد. بنابراین باید پالس های الکترومغناطیسی مسئول کنترل سیستم، به شکلی بی نقص تنظیم شوند.

رایانش کوانتومی

در دنیای دیجیتالی که زندگی می کنیم، اطلاعات یا بر مبنای دیجیتال یا با محاسبات کلاسیک پردازش می شوند. اما در طول یک دهه اخیر، روشی قدرتمندتر به منظور پردازش اطلاعات برایمان فراهم شده که برطبق مکانیک کوانتونی است.

این روش، دارای ویژگی هایی متفاوت از محاسبات کلاسیک است. اساس پیدایش محاسبات به ریاضیات برمی گردد. بطور کلی، رایانه ها به عنوان سیستم های فیزیکی به شمار می روند و فیزیک نیز در آینده ی این دانش نقشی مهم ایفا می کند. در این میان، رایانش کوانتومی به عنوان یک روش و زمینه ای جدید و بسیار کارامد مطرح می شود.

رایانش کوانتومی

هر سیستم محاسباتی دارای یک پایه اطلاعاتی است. این پایه، نماینده ای برای کوچکترین میزان اطلاعات قابل نمایش، یا بصورت پردازش شده یا خام است. این واحد ساختاری در محاسبات کلاسیک، بیت نامیده می شود که بیانگر عدد دودویی است. هر یک از ارقام صفر یا یک، در محاسبات کلاسیک، کوچکترین مقدار برای اطلاعات قابل نمایش هستند. بنابراین، سیستم های موجود برای این مدل نیز باید بتوانند این مفهوم را به نوعی عرضه کنند.

در رایانش کوانتومی، پایه ای معرفی می شود که کیوبیت (qubit) یا بیت کوانتومی نامیده می شود. کیوبیت ها سیستم هایی فیزیکی هستند. هر کیوبیت یا بعبارتی بیت کوانتوم، یک سیستم دودویی بوده که دارای دو حالت مجزا است. کیوبیت یا هر بیت کوانتوم، یک سیستم دودویی دارای دو حالت مجزا است. به عبارتی، کیوبیت، یک سیستم دو بعدی کوانتومی با دو پایه است. اما نمایش پایه ها یکتا نیست. زیرا برخلاف محاسبات کلاسیک، در محاسبات کوانتومی به جای یک سیستم ارجح، از چندین سیستم کوانتومی استفاده می شود.

پیشینه رایانش کوانتومی

تحول عظیم در محاسبات ماشینی در ابتدای قرن بیستم آغاز شد. در آن زمان، الگوریتم  و مفهوم فرایندهای الگوریتمی به سرعت در ریاضیات و سایر علوم رشد کرد. درنتیجه، ریاضی دانان سیستم های جدیدی را  به منظور پیاده سازی سیستم های الگوریتمی کلی معرفی کردند. درنتیجه، سیستم های محاسباتی امروزه پدید آمدند. اساس تکنولوژی دیجیتال درتمام سطوح را می توان به ماشین تورینگ نسبت داد. وی سیستم  دودویی را جایگزین سیستم دهدهی کرد.

پس از آن، ماشین محاسبه گری برپایه طرح تورینگ و مدارات الکترونیکی ساخته شد. با این ابداع، دانش رایانه تا حدی از ریاضیات جدا شد. امروزه این دانش تبدیل به زمینه ای مستقل و در تعامل با سایر علوم  است. تا اینکه به مرور زمان، رایانه ها کوچکتر شدند و توان محاسباتی هر سال بیشتر از سال قبل می شد. اما درمورد کوچک سازی، محدودیت هایی به وجود آمد و همین امر باعث شد دانشمندان به فکر تغییر محاسبات از دنیای دیجیتال به دنیای کوانتوم شوند.

استفاده از فیزیک کوانتوم در رایانش کوانتومی

این دنیای جدید، علاوه بر رفع مشکلات گذشته و محدودیت های موجود، افق های جدیدی به این مجموعه می افزاید. این پیشنهاد در اوایل 1994 در آزمایشگاه AT&T در آمریکا نخستین گام را برای موفقیت برداشت. امروزه ارتباط نوین بین نظریه اطلاعات و مکانیک کوانتومی، رایانش کوانتومی نامیده می شود.

قدرت و توانایی رایانش کوانتومی

تفاوت های زیادی میان رایانه های کلاسیک و رایانه های کوانتومی نسل آینده وجود دارد. دستورهای ازپیش تعیین شده در یک رایانه کلاسیک برطبق قوانین فیزیک کلاسیک اجرا می شود. اما در رایانه کوانتومی، یک پدیده فیزیکی براساس مکانیک کوانتومی به شکلی منحصربفرد درآمده است. با این قابلیت می تواند حالت جدیدی از پردازش اطلاعات را تشخیص دهد.

در رایانش معمولی، اطلاعات در قالب یک سری بیت کدگذاری می شود. این بیت ها توسط گیت های سری منطقی بولین به منظور دستیابی به نتیجه نهایی دستکاری می شوند. در رایانه کوانتومی نیز بیت های کوانتومی با اجرای گیت های کوانتومی دستکاری می شود. درنهایت، هر واحد انتقال بر روی تک کوبیت یا یک جفت کوبیت عمل می کند.

با بکارگیری این کمیت های متوالی، رایانش کوانتومی می تواند به کمک مجموعه ای کوبیت ها، یک واحد انتقال پیچیده را در بعضی حالات ابتدایی ایجاد نماید.

مربوط پست ها

Subscribe
Notify of
guest
0 Comments
Inline Feedbacks
View all comments