بالاخره روزی خواهد رسید که کامپیوترهای کوانتومی مسائل شاق کامپیوترهای عادی را بوسیله راحتی محلول خواهند کرد. دانشمندان و شریک شدن ها به لفظ هدف موسوم بوسیله برتری کوانتومی، به هم چشمی با یکدیگر می پردازند. این مرام امروز تقریبا دور از دسترس به نظر می رسد و با خواندن داستان رایانش کوانتومی از خود می پرسید چرا گیتی هنوز نتوانسته است به این شعار برسد.
در پاسخ بوسیله این سؤال می توان گفت، کنترل خواص کوانتومی ذرات شاق است. حتی چنانچه بتوان از خواص کوانتومی برای محاسبه استفاده کرد، استفاده از اصطلاح برتری کوانتومی کار اشتباهی است. اولین اثبات سلطه کوانتومی، روند ی قلابی و غیرکاربردی است.
بااین حال، وقتی بحث تقویم وسیله ها و عملکرد آن ها مطرح می شود، شکوه تفوق کوانتومی تکثیر واضح می کند؛ ولی چه عاملی مانع از رسیدن به این شعار شده است؟ جان پرسکیل، لله فیزیک عملی مؤسسه ی فناوری کالیفرنیا که برای اولین کود از زبان برتری کوانتومی» استفاده کرد، می گوید:ما داخل حال ورود به دنیایی هستیم که داخل آن کارهایی را با مایه های کوانتومی اجرا می دهیم که قبلا اجرا آن ها با دستگاه های عادی امکان پذیر نبودند. ما در وهله ای مؤثر قرار داریم.
اما قبل از هر چیز باید بوسیله این سؤال پاسخ قسط که کامپیوتر کوانتومی چیست یا اساسا کامپیوتر چیست. کامپیوترها مایه هایی هستند که داده ها را تلخیص سازی می کنند، آن ها را به نشانی ورودی ذخیره می کنند، سپس ازطریق سیستمی از دستورالعمل ها و الگوریتم های ریاضی آن ها را تغییر داده و دستکاری می کنند.
داخل حالت عادی داده ها به عارض بیت های قابل دستکاری یا وسیله های فیزیکی دوگزینه ای (باینری) ذخیره می شوند و سیستمی از این بیت ها می توانند خروجی سلیقه را تولید کنند. تو کامپیوترهای کوانتومی، الگوریتم ها روی یک معماری متفاوت نگاشته می شود؛ تو کامپیوتر کوانتومی به جای بیت، دستگاه هایی دوگزینه ای به شهرت کیوبیت وجود دارند که خویشی قوانین بی سابقه مکانیک کوانتوم هستند.مقاله های مرتبط:اولین ترانزیستورهای چهار حالته؛ زمان خداحافظی با منطق صفر و یک فرا روان است؟کامپیوترهای کوانتومی؛ محصولاتی که هنوز برای آن ها آماده نیستیم
هر کیوبیت مانند نوعی تاس دو وجهی است که می قابلیت از آهن بخاطر تنظیم احتمال چرخش آن استعمال کرد. اجرای رایانش کوانتومی مانند چرخاندن تاس است. از طرفی می توانید کیوبیت ها را محصور کنید، این فرایند متشابه مغناطیسی ساختن پاره های آهنی است به طوری که تاس بوسیله یک تاس چندوجهی با قابلیت های خود تغییر شود.
این فرایند ممکن است منجر به تداخل شود؛ یعنی پیشامد (حدس علنی شدن) وجوه مشخصی از تاس بیشتر و پیشامد اسکناس های دیگر کمتر باشد. در رایانش کوانتومی گیت هایی پهلو تاس ها اعمال می شود. منظور از گیت ها پالس های کارمایه است که کنار موقعیت وزن داخل تاس تأثیر می گذارند و پیشامد آن ها را تغییر می دهند. نمونه های کاربردی محتوی نگاشت بخشی از داده ها روی هر وجه هستند، این طور فرآیندی برای رسیدن به مولود های جذاب به تعداد اضافی چرخش تاس حاجت دارد.
دانشمندان و همکاری های فناوری با توسعه ی کامپیوترهای کوانتومی هم بوسیله تعاقب منافع علمی خویشتن ازجمله اجرای آزمایش های علمی هستند هم می خواهند بر ادراک مصنوعی، زنهار سایبری و بهداشت و درمان تأثیر بگذارند. الگوریتم هایی وجود دارند که عملکرد آن ها روی کامپیوترهای کوانتومی سریع تر از کامپیوترهای کلاسیک است. بنیانی ترین آن هاالگوریتم شور (Shor)است که عمل فاکتورگیری (ضریب مشترک) را بسیار سریع العمل تر از کامپیوترهای کلاسیک اجرا می یواش.
در رمزنگاری های امروزی، کامپیوترهای کلاسیک به راحتی می توانند دو عدد ارشد را با سرعت بالایی در یکدیگر ضرب کنند ولی مع کردن این فرایند یعنی دستیابی به عامل مشترک زیاد زمان پیاده شدن خواهد بود. اینجا است که رایانش کوانتومی اهمیت واضح می کنند. کامپیوتری که بتواند الگوریتم بی قرار را ارتکاب کند، استراتژی رمزنگاری را غیرایمن می سازد. گروهی دیگر اندوه به کاربرد کامپیوترهای کوانتومی در ادراک مصنوعی ازجمله شبکه های کوانتومی عصبی یا کمک به حل مسائل شیمی ازجمله یافتن داروهای متاخر برای علاج بلای ناگهانی ها امیدوار هستند.
اما کامپیوترهای کوانتومی به برهان برتری نسبت به کامپیوترهای کلاسیک عزیز ی توجهی خواه نگرانی هستند. بوسیله همین برهان دانشمندان و شرکت های متنوع بوسیله خاص گوگل، برتری کوانتومی را در فهرست اولویت های خود برای تاسیس دستگاه های آینده قرار داده اند.
تمام طرح های پیشنهادی برای برتری کوانتومی از اصول یکسانی پیروی می کنند: تنظیمات پیچیده، مدارهای تصادفی کوانتومی و اندازه گیری مقادیر. از این مفروضات می قابلیت به پاسخ های زیادی رسید. نیز می توان برای اطمینان از صحت آزمایش ها از این داده ها به عنوان ورودی تست های آماری کاربرد کرد. به اعتقاد فیزیک دان های نظری، درون رخساره افزودن پیچیدگی، زمان موردنیاز برای محاسبه در کامپیوترهای کلاسیک به طرز چشم گیری بیشتر از کامپیوترهای کوانتومی خواهد بود. پس درون این ماخذ کامپیوتر کوانتومی سلطه خود را ثابت می یواش.
ولی از دیدگاه تجاری، وظایف به دید ساختگی و مصنوعی می رسند. چیرگی کوانتومی یعنی کامپیوتر کوانتومی به عنوان یک کامپیوتر نسبت بوسیله کامپیوتر کلاسیک عملکرد بهتری دارد؛ اما این برتری فعلا کاربردی محو و بخاطر مثال نمی استعداد با آن بلای ناگهانی ها را درمان کرد. بوسیله عقیده ی بیل ففرمن (استادیار پژوهشی دانشگاه مریلند و دانشمند پژوهشی مؤسسه ی ملی فناوری و استاندارد) از دیدگاه تئوری، سلطه کوانتومی ژرف تر است.
براساس فرضیه ای به نام چرچ تورینگ، هر مسئله ی کامپیوتری را می استعداد با یک جنس کامپیوتر معنی حل کرد که داخل سال ۱۹۳۶ توسط آلن تورینگ ریاضی دان ابداع شد. کامپیوتر تئوری تمام مسائل محاسباتی را به نشانه های ساده تجزیه می درنگ. از طرفی یک فرضیه ی عمومیت یافته تیمار برای نظری ی چرچ، تورینگ وجود دارد.کیوبیت ها به سرعت دچار فروپاشی می شوند بنابراین دستورهای اندکی را ارتکاب می کنند
براساس این فرضیه هیچ نمونه کاربردی محاسباتی نمی تواند وظایف را کندرو تر از ماشین های تورینگ محلول کند؛ اما براساس شواهد به دست آمده در اوایل دهه ی ۱۹۹۰، نظری ی چرچ، تورینگ مغلوط است در مدت ماشینی که بوسیله برتری کوانتومی برسد می تواند این نظریه را فسخ یواش. درواقع مسائلی بود دارند که شاید ابرکامپیوترها قادر به شمارش ی آن ها نباشند، اما کامپیوترهای کوانتومی که معماری متفاوتی دارند می توانند راه محلول نیکوترین ای بخاطر این قبیل مسائل ارائه کنند.
از دیدگاه علمی، دانشمندان در جستجوی سودمندی کامپیوترهای کوانتومی و مقایسه ی آن ها با کامپیوترهای کلاسیک هستند. تا اوایل دهه ی ۱۹۹۰، دانشمندان کامپیوتر مسائل دشواری را برای کامپیوترهای کوانتومی ابتکار کردند؛ و بعدها الگوریتم شور طراحی شد. ففرمن می گوید:در پاسخ به افرادی که می گویند میلیون ها دلار صرف تاسیس مسائل تقلبی می شود، باید گفت برای رسیدن بوسیله برتری کوانتومی داخل مطلع باید شالوده ی آن را ساخت.
البته این آزمایش ها کاملا اندوه غیرکاربردی نیستند برای شهید در این آزمایش ها می توان کامپیوترهای کوانتومی را بوسیله مبدل های سودمند مغز تصادفی تبدیل کرد که در اساس های رمزنگاری، شبیه سازی و بسیاری از زمینه های بافایده دیگر استفاده دارند.
ولی چگونه می توان به این کود رسید؟ بوسیله گزارش MIT Technology در سال گذشته، گوگل برای طلایه شدن درون این زمینه، کمک ناسا را در فهرست خود استراحت داده است. گروهی دیگر از پژوهشگرها اندوه برای مقایسه بوسیله تجسس مسائل برتری کوانتومی روی کامپیوترهای کلاسیک می پردازند یا بخاطر اطمینان از پیوستن بوسیله برتری، روی عملی ی محاسباتی کار می کنند.
اما این سؤال مطرح می شود که چرا با بود منابع و دستیار های غول هایی مثل ناسا، گوگل، IBM و بسیاری از سازمان های مطرح دیگر، هنوز مرام چیرگی کوانتومی به ثمر نرسیده است. در حال حاضر، بزرگ ترین وسیله های تجاری کوانتومی تقریبا ۲۰ کیوبیت دارند اگرچه IBM، گوگل و یونیکو در حال تست دستگاه هایی با ۵۰، ۷۲ و تا اینکه ۱۶۰ کیوبیت هستند؛ ولی مراحل تاسیس و راه اندازی کامپیوترهای کوانتومی بسیار مشکل است.
دانشمندان به جای ترانزیستورهای سیلیی روی میکروتراشه ها، باید دستگاه های بدون لیزری را بسازند که اتم های واحد را به دام می اندازند و ماده را ابررسانامی کنند به طوری که مسئله را بدون مقاومت نقل مکان کند و به این زیبایی می توان بوسیله خواص سزاوار سرزنش دگرگونی کوانتومی و معماری های بالفعل ی دیگر رسید.
بخاطر پیوستن بوسیله این هدف، پردازنده باید در دمای صفر مطلق قرار بگیرد. در این حرارت ذرات از حداقل گرما برخوردار هستند. کنترل و ثابت نگه داشتن چنین سیستمی م شاق است در مدت کمتر انرژی محیط می تواند منجر به فروپاشی کیوبیت ها و تجزیه ی آن ها به بیت های معمولی و بسیار پرهزینه شود.
تو چنین شرایطی فقط قبل از فروپاشی وضعیت کوانتومی می استعداد به اجرای یک مجموعه از عملیات کوانتومی خواه گیت صیقل. محصور کردن تعداد م کیوبیت منجر بوسیله فروپاشی سیستم می شود. هر کیوبیت اضافه، پیچیدگی سامان را دو طبق خواهد کرد؛ بنابراین لازم است پالس های الکترومغناطیسی که مسئولیت کنترل جهیز را دارند به شکل بی نقصی تنظیم شوند.
از طرفی دانشمندان کامپیوتر کوانتومی عزب به قفا شکست اعطا کردن کامپیوترهای کلاسیک نیستند. هدف آن ها عرضه ی نحو حل هایی است که درون کامپیوترهای کلاسیک دستیابی به آن ها دشوارتر است؛ و پژوهشگرها باید نتیجه ی کامپیوتر کوانتومی را بررسی کنند که امکان پذیر است کامپیوتر غیرکوانتومی قادر بوسیله اجرای آن نباشد. گرام اسمیت، استادیار دانشگاه کلرادو بولدر می گوید:اطمینان دارم بوسیله زودی بوسیله برتری کوانتومی خواهیم رسید اما هنوز سؤالی بی پاسخی تو مورد چگونگی رسیدن به این هدف وجود دارد و بررسی این مسائل در اجرا بیش دشوار است.
شاید داخل تمام تلاش ها برای دستیابی به سلطه کوانتومی متوجه الگویی خاص شده باشید: هیچ کس به برتری کوانتومی نرسیده است بمنظور دشوار است.
دانشمندان IBM هدف ساده تری دارند. آن ها به دنبال مزیت کوانتومی هستند. تفاوت ظریفی بین سلطه کوانتومی و مزیت کوانتومی حیات دارد. سلطه کوانتومی به این معنی است که کامپیوتر کوانتومی قادر به اجرای محاسباتی است که کامپیوتر کلاسیک نمی تواند آن وظایف را درون مدت زمانی دنج اجرا کند. مزیت کوانتومی به این مجرد است که کامپیوتر کوانتومی می تواند درون انجام چندی محاسبات کامپیوتر کلاسیک را انقراض دهد، حتی اگر این برتری اندک باشد.
بعضی پژوهشگرها ازطریق محاسبات ریاضی سلطه کامپیوترهای کوانتومی به کامپیوترهای کلاسیک را ثابت می کنند؛ اما در شرایط کنونی کامپیوترهای کوانتومی ازنظر محدودیت ها مشابه کامپیوترهای کلاسیک هستند؛ یعنی تعداد وظایفی که یک کامپیوتر کوانتومی به عارض هم زمان می تواند اجرا کند کم هستند؛ زیرا کیوبیت ها مدت اندکی در شرایط جماز باقی می مانند و متعدد زود دچار فروپاشی می شوند.
رسیدن به برتری کوانتومی مرام ایده آلی است اما اگر صنعت عزب به پشت الگوریتمی سریع تر باشد، آنگاه در مزیت کوانتومی می توان زودتر از برتری کوانتومی به کامپیوترهای کوانتومی کاربردی رسید. ساکت هارو، استادیار فیزیک MIT می گوید:گوگل و IBM تلاش می کنند کامپیوترهای کوانتومی زیبنده دستور کار ریزی بسازند. گوگل می گوید هدف آن سلطه است، IBM هدف خود را مزیت کوانتومی می داند. البته این دو هدف فرق زیادی درون سخت افزار تولید شده ابداع نمی کنند.
به طورکلی داخل عمل تفاوتی بین برتری کوانتومی و مزیت کوانتومی وجود نخواهد داشت. هر دو منجر به تولید دستگاه هایی با خطای کمتر می شوند که دانشمندان به آن ها NISQ (سامان های کوانتومی میزان متوسط نویزدار) می گویند. البته این ماشین ها هم مانند ماشین های کلاسیک با محدودیت هایی مثل پایداری ناچیز کیوبیت ها یا تعداد محاسبات کمتر کیوبیت قبل از فروپاشی ماهیت کوانتومی روبه رو هستند. به گفته یمکانا متکالف، پژوهشگر پست دکترا در آزمایشگاه ملی لاورنس برکلی، برتری کوانتومی راه را برای حل مسائل دوست داشتنی پر حرارت هموار خواهد کرد.
از طرفی پیدایش کامپیوترهای رمزگشا و دستگاه های مانند ساز مولکولی از اهداف قریب الوقوع است. به گفته ی مکانا، پیش نیاز تاسیس این کامپیوترها، افزودن تعداد کیوبیت و افزودن عمق گیت است. کیوبیت ها قبل از فروپاشی و از مشت دادن مقاومت خود باید محاسبات بیشتری را عمل دهند.ساخت کامپیوترهای رمزگشا و قرین سازی از اهداف قریب الوقوع است
به گفته ی سارا مرادیان، پژوهشگر پست دکترای دانشگاه برکلی، برای چسبیدگی بوسیله چنین وضعیتی، وجود ابکی افزارهای بهتری لازم است. برای مثال اپتیک نکته سنج برای کامپیوترهای کوانتومی مبتنی پهلو اتم های لیزری ضروری است. پژوهشگرهایی که روی ابررساناسازی کامپیوترهای کوانتومی فقره می کنند، به بهبود سیم های سیستم و بوسیله طورکلی کنترل بهتر امیدوار هستند.
به طورکلی باید اسلوب هایی برای ترقی ی مقیاس و وزن ی سیستم ها هویدا کرد که البته این کار بوسیله سادگی صبر دادن آجر روی یک بارو لگویی (اسباب بازی) نیست. کامپیوترهای کوانتومی به بهسازی منکر یا ذخیره سازی مفروضات یک کیوبیت در چند کیوبیت محصور نیاز دارند تا به این ترتیب خطاهای احتمالی را بهسازی کنند.
دستگاه های عصر NISQ مرزهای فیزیک کوانتومی را پیاده شدن خواهند زد و تا اینکه شاید درون آینده ای نزدیک با اثبات برتری کوانتومی»، مزیت کوانتومی» یا حتی فقط سودمندی کوانتومی» به قیافه کاربردی مورداستفاده قرار بگیرند. داخل حال مهیا معاینه هایی روی دستگاه های کوانتومی درون زمینه هایی مثل حسگرها و ابزارهای رمزنگاری انجام می شود که ممکن است خیلی زود مخبر مرزوبوم های کاربردی شوند.
خوشبختانه دانشمندان و متخصصان فناوری به زودی تفوق خواه مزیت کوانتومی را ثابت خواهند کرد و کاربردهای کامپیوتری سودمندی را برای آن بی پرده خواهند کرد. پرسکیل می گوید:بسته به ابعاد متنوع به ویژه جنبه های تجاری، شرکت ها به سرمایه گذاری و تاسیس جهیز ها می پردازند؛ اما اگر نتوانند در خلال ۱۰ سال برنامه ها و کاربردهای سودمندی تولید کنند چه اتفاقی خواهد افتاد؟ آیا آدم از درک ظرفیت کوانتومی نومید می شوند و انحطاط کوانتومی رخ خواهد داد؟
درون حال حاضر، دولت ایالات متحده برای آموزش دانشمندان و اماله دانش به این صنعت، بودجه ای را به این بخش اختصاص داده است. چیرگی کوانتومی یکی از چشم اندازهای نزدیک فناوری است و معاینه آن به شیوه های عمیق و بنیانی دنباله دارد؛ اما شاید اثبات برتری کوانتومی وما به ذهنی آمدن کامپیوترهای کوانتومی پهلو عادت میز کاربران نباشد. به ویژه وقتی مذاکره ظرفیت قریب الوقوع مطرح می شود ابهامات زیادی به حیات می آید.
کامپیوترهای کوانتومی نشان می دهند علم و فناوری اهداف و دیدگاه های متفاوتی برای حساسیت چیرگی کوانتومی دارند. فناوری می تواند بوسیله معنی رژه ای بی انتها به جانب محصولی بهتر باشد؛ ولی علم، آهسته تر، غیرقابل پیش بینی و اغلب اوقات دقیق تر است؛ در برابر برای نقد و بررسی کامپیوترهای کوانتومی در ابتدا لازم است کامل مبانی آن و چگونگی عملکرد دستگاه های جدید را دریافتن کرد.بیشتر بخوانید:در سیاهه قدرتمندترین ابرکامپیوترها، گره مایه های بیشتری از آمریکا دارددانشمندان راهی برای استقلال گربه شرودینگر یافته انداولین ترانزیستورهای چهار حالته؛ زمان خداحافظی با منطق صفر و یک فرا فصیح است؟دانشمندان برای اولین جنین هندسه الکترون را ترسیم کردندفرانتیر به عنوان قوی ترین ابررایانه جهان توسط AMD و Cray ساخته می شود
درباره این سایت