کامپیوتر کوانتومی چیست؟

کامپیوتر کوانتومی چیست؟

امید صادقی نفیسه کردعلی
مدت زمان مطالعه: 15 دقیقه 30 خرداد 03

کامپیوتر کوانتومی چیست؟

کامپیوتر کوانتومی (Quantum Computer  کامپیوتری است که از سیستم های مکانیکی به نام کوانتوم  برای محاسبات خود بهره برداری میکند و

با تکیه بر خصوصیات کوانتوم ذرات زیر اتمی، بعضی محاسبات را به‌ شکلی بسیار سریع‌تر از کامپیوترهای امروزی انجام دهند.

در کامپیوترهای معمولی محاسبات در مبنای ۲ انجام می‌گردد و هر بیت در یکی از دو وضعیت صفر و یک قرار خواهد گرفت واحد اصلی اطلاعات

درمحاسبات کوانتومی کیوبیت یا "بیت کوانتومی" که همان عملکرد بیت را در محاسبات کلاسیک دارد.به طوریکه برای اولین بار کامپیوتر کوانتومی

توانسته است محاسبه ای را یک میلیارد بار سریع تر از قدرتمندترین ابر رایانه های موجود در جهان انجام دهد به همین دلیل می خواهیم 

ساختار کامپیوتر کوانتومی را بررسی کنیم  با ما همراه باشید.

 

همانطور که گفتیم واحد اصلی محاسبات کوانتومی کیوبیت های با کیفیت بالا است چرا که به دلیل مقیاس پذیر و زمان

انسجام طولانی تر نرخ خطای بسیار کمتری دارد. در نتیجه می توان این ادعا را داشت که، کامپیوتر کوانتومی می تواند مسائل

 محاسباتی غیر قابل حل توسط یک کامپیوتر کلاسیک را در هر زمان در کوتاه ترین زمان ممکن حل کند این برتری کامپیوتر

 کوانتومی به نسبت کامپیوتر کلاسیک تمام توجه ها را معطوف خود کرده است.

 

تاریخچه پیدایش کامپیوتر کوانتومی

نظریۀ کوانتومی مدرن در دهۀ 1920 توسعه یافت تا دوگانگی موج وذرۀ مشاهده شده در مقیاس اتمی را توضیح دهد و سپس

 

کامپیوترها، نقش مهمی در رمزنگاری زمان جنگ جهانی دوم ایفا کردند و فیزیک کوانتومی برای استفاده در فیزیک هسته ای

 

 در پروژه منهتن ضروری بود.

 

همچنان که فیزیکدانان مدل های مکانیک کوانتومی را، برای مسائل محاسباتی به کار بردند و بیت های دیجیتال را با

کیوبیت ها عوض کردند، زمینه های مکانیک کوانتومی و علوم کامپیوتر شروع به همگرایی نمودند.

 

در سال 1980،  "پل بنیوف ماشین تورینگ" کامپیوتری را معرفی کرد که از نظریه کوانتومی جهت توصیف یک رایانه ساده

 استفاده میکند.

 

در سال 1984، " چارلز بنت و زیل براسارد"  نظریه کوانتومی را برای  پروتکل های رمزنگاری به کار بردند و نشان دادند که

توزیع کلید کوانتومی می تواند امنیت اطلاعات را افزایش دهد.

 

"پیتر شور " در سال 1994 نشان داد که یک کامپیوتر کوانتومی مقیاس پذیر می تواند رمز گذاری RSA را بشکند.

 

در سال 1998 یک کامپیوتر کوانتومی دو کیوبیتی نمونه آزمایشی این فناوری ساخته شد و آزمایش های بعدی تعداد کیو بیت ها را

افزایش و نرخ خطاها را کاهش داد.

 

در سال 2019 هوش مصنوعی گوگل و ناسا اعلام کردند که با یک دستگاه 54 کیوبیتی برتری کوانتومی دست یافته اند و محاسباتی را انجام می دهند که

هیچ یک از کامپیوتر های کلاسیک قادر به انجام آن نیست این در حالی است که این ادعا هنوز به صورت فعال در جهت تایید نهایی درحال تحقیق میباشد.

 

در دسامبر 2023 دانشمندان دانشگاه هاروارد مدارهای کوانتومی را با موفقیت ایجاد کردندو در واقع اولین کامپیوتر کوانتومی تجاری راه اندازی شد.

سرمایه گذاری و استارت آپ های محاسبات کوانتومی رو به افزایش هستند، در صورتیکه محاسبات کوانتومی به حل یک سری از

مشکلات اساسی کسب و کار ها کمک می کنند و مسلماً فراتر از توان یک ابر کامپیوتر پر قدرت کنونی می باشد، بازهم

استفاده از این سیستم در مراحله اولیه آزمایشی و تجربی هستند.

 

آیا کامپیوتر کوانتومی ممکن است جایگزین کامپیوترهای معمولی گردد؟

کامپیوتر کوانتومی جایگزین دراصل جهت استفاده در موارد خاص مانند محاسبات سنگین ژنوم ژنتیک کاربرد دارد و فعلاً

بعید است که به این زودی ها جایگزین رایانه های معمولی شوند.

یکی از اصلی ترین دلایل مهم سخت بودن جایگزینی کامپیوتر کوانتومی با رایانه معمولی در حال حاضر، شرایط خاص

جهت نگه داری کیوبیت ها است.

کیوبیت ها باید در خلآ بالا و یا دمای صفر درجه مطلق نگه داری شوند، نگه داری به این شکل نه تنها بسیار دشوار است بلکه

 هزینه زیادی دارد، اما به هر حال کارایی و قدرت کامپیوتر کوانتومی به طوری توجه دولت ها و بخش های خصوصی را

 به خود جلب کرده است که قابل انکار نیست.

از این رو برای برداشتن موانع و محدودیت ها هنوز مطالعاتی روی این سیستم در حال انجام می باشد و امید است

در آینده نزدیک انقلابی در دنیای دیجیتال کارایی کامپیوتر کوانتومی رخ دهد.