کامپیوتر کوانتومی چیست؟ انقلاب در آینده محاسبات

کامپیوتر کوانتومی نسخه بزرگ تر یا سریع تر کامپیوتر های فعلی، نیستند. در این مطلب با کامپیوتر کوانتومی بیشتر آشنا می شویم.

در سال های اخیر عبارت «کامپیوتر کوانتومی» را زیاد می شنویم. اما باور های نادرستی درباره آن وجود دارد. در این مطلب قصد معرفی کامپیوتر کوانتومی به ساده ترین روش ممکن را داریم. همانطور که گفتیم، کامپیوتر کوانتومی نسخه سریع تر کامپیتور های الان نیستند. به زبان ساده، ابزار متفاوتی برای پردازش و عملیات های متفاوت هستند. پردازنده کامپیوتر ها از تعداد زیادی ترانزیستور تشکیل می شوند. برای دسترسی به سرعت بالا ابعاد این ترانزیستور ها کوچک و کوچک تر شده اند. برای مثال امروزه ترانزیستور هایی با ابعاد ۴ نانومتر ساخته شده اند. این ابعاد بسیار نزدیک به ابعاد یک اتم هستند. کوچک تر شدن برای دسترسی به سرعت بیشتر در کامپیوتر های امروزی عملا غیر ممکن است. به همین دلیل دانشمندان به فکر تولید نوع جدیدی از پردازنده ها، یعنی پردازنده کوانتومی، افتاده اند.

کامپیوتر کوانتومی به زبان ساده

فرض کنید قصد ساخت نقشه از یک جزیره را داشته باشیم. دوران ابتدای (دوران بدون کامپیوتر) باید پیاده کل فضای جزیره را طی کنیم. با این کار میتوان تمام محیط را روی کاغذ کشید. اما غیر از زمانبر بودن این عملیات، عبور از بسیاری از مسیر ها برای انسان پیاده غیر ممکن خواهد بود. پس از ساخت کامپیوتر های اولیه، انسان به قدرت محاسباتی بیشتری دسترسی پیدا کرد. در مثال ما انگار دسترسی به اسب برای حرکت محیا شد. با وجود اسب ها انسان سریع تر مکان های نقشه رو کشف می کرد. امروزه کامپیوتر ها توانایی پردازش و محاسبه بیشتری را دارند. برای مثال به خیابان ها و خودرو ها دسترسی پیدا کرده ایم. با این امکانات توانایی دسترسی به نقاط بیشتر و سخت تر، با سرعت بیشتر را داریم.

اما کامپیوتر کوانتومی مانند یک خودروی سریع نیست. همانطور که گفتیم لزوما یک کامپیوتر کوانتومی سریع تر از یک موبایل عمل نمی کند. برای مثال برای محاسبه جمع دو عدد، استفاده از ماشین حساب موبایل منطقی تر است. در واقع این نوع کامپیوتر ها مانند یک قایق و یا زیر دریایی، دسترسی ما به آب های آزاد را فراهم می کند. با استفاده از آن ها میتوان محاسباتی را انجام داد که تا الان از وجود آن نیز بی خبر بودیم.

اجزای تشکیل دهنده

این نوع از کامپیوتر ها را بیشتر به شکل تصویر بالا می بینیم. محاسبات به وسیله پردازنده های کوانتومی، که در قسمت پایینی اند، انجام می شود. نتیجه این اطلاعات به وسیله سیم های موجود به خارج از محفظه منتقل می شود. کامپیوتر کوانتومی در یک فضای بسیار سرد کار می کند. دمای داخل محفظه به چیزی حدود منفی ۲۷۳ درجه سانتی گراد (۱۵ میلی کلوین) می رسد. در کنار این کامپیوتر، یک سیستم در دمای محیط، برای مدیریت و تبدیل اطلاعات به داده های قابل فهم ما وجود دارد.

روش کار کامپیوتر کوانتومی

کامپیوتر های امروزی بر اساس چیزی به نام بیت (bit) کار می کنند. هر بیت مقدار صفر یا یک را دارد. با در کنار هم قرار گرفتن همین ۰ و ۱ ها اطلاعات و پردازش ها انجام می شود. اما کامپیوتر کوانتومی با کیوبیت (qubit) یا همان بیت کوانتومی کار می کنند. هر کیوبیت عملا غیر از ۰ و ۱، همزمان می تواند هر دو مقدار را نیز داشته باشد. به صورت خلاصه محاسبات، احتمالات خیلی زیادی را بوجود می آورند. البته به وسیله الگوریتم هایی فقط برخی از احتمالات بررسی می شوند. درک این موضوع نیازمند دانش در زمینه کوانتوم است. به زبان ساده یعنی یک ابزار متفاوت، با روشی متفاوت، محاسبه متفاوتی را انجام می دهد.

کاربرد کامپیوتر کوانتومی

کاربرد های زیادی برای کامپیوتر های کوانتومی وجود دارد. این مدل پردازش توانایی ساختارمند کردن حجم بالای اطلاعات را دارد. برای مثال یکی از کاربرد های آن شبیه سازی طبیعت است. با استفاده از شبیه سازی طبیعت می توان مشکلات زیادی از جمله مشکل گرمایش زمین را کنترل کرد. یا برای مثال امکان شبیه سازی و ساخت مواد جدید برای تولید باتری و دارو، از کاربرد های دیگر کامپیوتر های کوانتومی است.

شکستن رمزنگاری، که صدای زیادی نیز به پا کرده، یکی دیگر از مثال های قابل بیان است. به زبان ساده بیشتر رمزنگاری های ما برای ذخیره اطلاعات حساس، امنیت تراکنش های مالی و … با الگوریتم های خاصی ایجاد شده اند. برای شکستن این رمز ها، با کامپیوتر های امروزی، چند میلیارد سال زمان نیاز داریم. اما کامپیوتر کوانتومی پر قدرت می تواند طی چند روز و حتی چند ساعت این الگوریتم ها را بشکند. البته با توان فعلی این کامپیوتر ها این کار ممکن نیست. اما به گفته مهندسین IBM شاید تا ۵ سال آینده به این قدرت برسیم. همین موضوع باعث تغییر تدریجی الگوریتم ها، به سمت الگوریتم های رمزنگاری ضد کوانتوم در سال های آینده خواهد شد.