تازه ترین اخبار پژوهشی: رایانه کوانتومی چیست؟

دهه‌هاست که چیزهایی را درباره توان بالقوه باورنکردنی رایانه‌های کوانتومی می‌شنویم. اکنون، پژوهشگران مدعی آن هستند که در یک ماشین کوانتومی زمان را به عقب برگردانده‌اند. این وسیله‌ها، که اکنون فقط به‌صورت نمونه اولیه وجود دارند، توان بالقوه این را دارند که بسیار سریع‌تر از رایانه‌های فعلی باشند. اما یک رایانه کوانتومی چیست؟

رایانه کوانتومی به جای ریزتراشه‌ها و مدارها، متکی بر اصول مکانیک کوانتومی است. به‌ویژه، متکی به درهم‌تنیدگی کوانتومی، یا توانایی تأثیرگذاری یک ذره زیراتمی بر ذرات زیراتمی متفاوت در فاصله دور است. این تأثیرگذاری درواقع آنی است و در نتیجه توانایی افزایش سرعت محاسبه را دارد، درواقع، رایانه کوانتومی تمام نتایج ممکن یک محاسبه را بلافاصله حساب می‌کند.

رابرت اف. سرویس^۲ در مجله ساینس می‌نویسد که رایانه‌های کوانتومی درست مثل رایانه‌های معمولی، اطلاعات را به‌صورت ۰ ها و ۱ های معروف به بیت‌ها ذخیره می‌کنند. اما، یکی از اصول مکانیک کوانتومی آن است که ذرات زیراتمی هم‌زمان در تمام شرایط، یا حالت‌ها، وجود دارند. ذره فقط وقتی در یک حالت مستقر می‌شود که مشاهده شود. چون ذرات منتقل‌کننده اطلاعات هم‌زمان در چند حالت هستند، بیت‌های کوانتومی (کوبیت‌ها) می‌توانند هم‌زمان تا حدودی ۰ و تا حدودی ۱ باشند. این بیت‌های دورگه عجیب می‌توانند اصولاً هر مقدار درصدی از مقادیر بین ۰ و ۱ را در هر زمان اختیار کنند. درواقع، یک رایانه کوانتومی تمام نتایج ممکن محاسبه را بلافاصله حساب می‌کند. با دارا بودن این توان، رایانه کوانتومی برای محاسبه هر چیز به تعداد بسیار زیادی بیت نیاز ندارد.

اما هنوز چند مشکل وجود دارد. یکی از آن‌ها شکننده بودن حالت‌های چندگانه و درهم‌تنیدگی بین آن‌هاست، به طوری که کوبیت‌ها می‌توانند در یک فرایند موسوم به واهمدوسی در هم شکسته شوند. برای مقابله با واهمدوسی، کوبیت‌های اضافی به‌عنوان پشتیبان ضروری هستند.

به گفته چارلز. کیو. چو^۳، فیزیک محاسبه کوانتومی به خوبی شناخته شده است. مسئله ساخت ماشینی است که بتواند نه‌تنها کوبیت‌ها بلکه چندین کوبیت‌ متصل به هم توسط مدارهای موسوم به دریچه‌های منطقی کوانتومی را کنترل کند. مهندسان رهیافت‌های گوناگون استفاده از لیزرها، ذرات یونیده به‌دام‌افتاده در میدان‌های مغناطیسی، و ابررساناها را امتحان کرده‌اند. اما، به‌رغم سال‌ها امتحان کردن، هنوز هیچ‌کس یک رایانه کوانتومی نساخته است که در آن کوبیت‌ها بیش از یک یا دو ثانیه دوام بیاورند. بستن کوبیت‌ها به هم یا متصل کردن آن‌ها به یک رایانه متعارف که بتواند اطلاعات را به خروجی قابل استفاده تبدیل کند هم دشوار بوده است.

اما به‌رغم چالش‌های مهندسی، برخی افراد اطمینان دارند که یک رایانه کوانتومی عملی درواقع محقق خواهد شد. با توجه به هزینه و انرژی زیاد مورد نیاز، روی میز قرار گرفتن رایانه‌های کوانتومی در آینده نزدیک نامحتمل است.

 

 

 

پی‌نوشت‌ها

1. James Mas Donald
2. Robert F. Servise
3. Charles Q. Choi

http://daily.Jstor.org/what-is-a-quantum-computer/