رایانه کوانتومی و تحولی شگفت انگیز در محاسبات

خبرها از این قرار است که شرکت های بزرگ همانند: گوگل، مایکروسافت، اینتل و ای بی ام پروژه های بزرگی را برای ساخت کامپیوترهای کوانتومی استارت زده اند.
رایانه کوانتومی یک رایانه‌ای است که محاسبات را میتواند یک میلیارد بار سریع تر از قوی ترین رایانه هایی که اکنون وجود دارد انجام دهد.
در نتیجه برای آشنایی بیشتر با این مبحث به معرفی ساختار رایانه کوانتومی می‌پردازیم.
تلفن همراهی که هر زمان در حال استفاده از آن هستیم یک قدرت پنهان در دستان ما است.
ساده ترین گوشی های هوشمند امروزه از قدرتمندترین رایانه های نیم قرن پیش قدرتمند تر هستند.
توسعه‌ی رایانه‌ها و ابررایانه‌ها به‌قدری سریع پیش می‌رود که پیش بینی میشود تا سال های نه چندان دور شاهد تغیییرات گسترده ای در این عرصه باشیم.
اولین رایانه کوانتومی توسط یک شرکت کانادایی به نام D-Wave عرضه شد.
و قوی‌ترین ابر رایانه فعلی جهان موسوم به «Summit» محصول شرکت آی‌بی‌ام آمریکا است.
که حدود ۲۷ هزار پردازنده گرافیکی به همراه ۲۰۰ هزار هسته پردازنده در آن به کار رفته است.

کامپیوتر کوانتومی و دمای نزدیک به صفر

برای استفاده بهینه تر از قدرت پردازنده های کوانتومی لازم است تا دمای محیط را نزدیک به صفر مطلق کرد.
بنابراین نمی‌توان از این کامپیوترها در خانه و یا محل کار استفاده کرد. و در حال حاضر تنها کاربرد آن ها در آزمایشگاه ها و برای پژوهش است.
رایج است برای این کار از یک دستگاه رقیق ساز استفاده شود. رایانه های کوانتومی به دلیل ویژگی هایی که دارند فقط برای برخی مسائل خاص بسیار پرکاربرد هستند.
این رایانه ها از سیم ها و لوله های مسی بسیار بزرگی ساخته شده اند که به سبب ان وزن زیادی دارند و به چلچراغ تشبیه شده اند.

کاربردهای رایانه های کوانتومی

طراحی و آزمایش داروهای جدید
پیش بینی وضعیت هوا
هوش مصنوعی
تحلیل داده ها
شبیه سازی

تفاوت رایانه های امروزی با رایانه کوانتومی

پایه و اساس کار کامپیوترهای امروزی بیت‌های منطقی ۰ و ۱ هستند که از کنار هم قرار گرفتن آن‌ها دستورات مختلف رایانه‌ای پدید آمده است.
و پردازنده می‌تواند روی آن‌ها محاسبات مختلفی انجام دهد.
در کامپیوترهای معمولی هر بیت می‌تواند در لحظه تنها یک مقدار مشخص صفر یا یک داشته باشد(تنها یکی از این مقادیر).
این در صورتی است که کامپیوترهای کوانتومی به دلیل داشتن ویژگی کوانتوم می‌توانند در هر لحظه انواع حالات را داشته باشند.
همین امر سبب وجه تمایز بین دو رایانه معمولی و کوانتومی شده است.
آیا این سوال برای شما هم پیش آمد که کوانتوم چیست؟ به توضیح مختصری در این رابطه می‌پردازیم.
نظریه کوانتومی بیان می‌کند که هر شی میتواند در لحظه چندین حالت داشته باشد.
مگر این که به آن‌ها نگاه کنیم، اجسام تنها زمانی که به آن‌ها توجه می‌کنیم ویژگی‌های منطقی خود را می‌گیرند.

یکی از ویژگی های کامپیوترای کوانتومی این است که فضای کمتری برای پردازش نیاز دارند.
به طور مثال: اگر محاسبه ای در یک کامپیوتر معمولی حدود 4 ترابایت فضا لازم داشته باشد یک رایانه کوانتومی تنها به 50 کیلوبیت فضا احتیاج دارد.
در واقع به دلیل این که کامپیوترهای کوانتومی تمامی راه حل های یک مسئله را در آن واحد در خود دارند در زمان کمتری میتوانیم به پاسخ سوال خود برسیم.

مشکلات ساخت کامپیوترهای کوانتومی

ایجاد و کنترل دقیق کیوبیت ها و ساخت گیت های کوانتومی پایدار و خطاپذیری زیاد سیستم‌های کوانتومی
که از لحاظ فنی «نویز» (Noise) نامیده می‌شود از جمله مشکلات ساخت کامپیوترهای کوانتومی است.

نتیجه گیری

رایانه‌های کوانتومی با رایانه‌های فعلی که با ترانزیستورها کار می‌کنند تفاوت اساسی دارند.
هسته‌ی آن ها دارای تراشه ابر رسانایی است که کیوبیت‌ها روی آن بصورت یک الگو چیده شده‌اند.
کامپیوتر کوانتومی گوگل 54 کیوبیت دارد، کیوبیت‌های روی تراشه، خازن‌های کوچکی از جنس نیوبیوم هستند.
نیوبیوم یک عنصر شیمیایی می‌باشد که به سختی تیتانیوم است.
رایانه کوانتومی به عبارت دیگر، هیچ وضعیت ثابتی ندارد. جفت‌گرهای قابل تنظیم کوچکی میان آن ها وجود دارد.
این ها از آنتن‌های بسیار کوچکی تشکیل یافته‌اند که به ریزموج‌ها واکنش نشان می‌دهند.
میتوان گفت که تراشه ابررسانا در یک میدان ریزموج الکترومغناطیسی واقع شده است.
این تراشه میتواند در دمای نزدیک به صفر مطلق به فعالیت خود ادامه بدهد. برای مثال، در کامپیوترهای کوانتومی IBM، دما معادل 0.015 درجه کلوین است.
هنوز راهی طولانی در پیش است و ثابت نشده که آیا کامپیوترهای کوانتومی میتوانند برای ساعت‌ها، روزها یا حتی سال‌ها بطور پایدار و باثبات به کارهای عملیاتی‌شان ادامه بدهند یا خیر؟

برنامه نویسان ترکیبی از فیزیک‌دانان و ریاضی‌دانان هستند که تنها صدها نفر از آن‌ها در جهان وجود دارد و نه هزاران نفر.