فیزیک کوانتوم

کامپیوتر کوانتومی و فیزیک کوانتومی

کامپیوتر کوانتومی یک طراحی کامپیوتری است که از اصول فیزیک کوانتومی برای افزایش توان محاسباتی فراتر از آنچه که توسط یک رایانه سنتی قابل دستیابی است استفاده می کند. رایانه های کوانتومی در مقیاسی کوچک ساخته شده اند و کار برای ارتقاء آنها به مدل های عملی تر ادامه دارد.

نحوه کار رایانه ها

رایانه ها با ذخیره کردن داده ها در قالب شماره دودویی کار می کنند ، که منجر به حفظ سری 1 ها و 0 ثانیه در قطعات الکترونیکی مانند ترانزیستور می شود . به هر مؤلفه حافظه رایانه کمی گفته می شود و می توان از طریق مراحل منطق بولی دستکاری کرد تا بیت ها بر اساس الگوریتم های اعمال شده توسط برنامه رایانه تغییر کنند ، بین حالت های 1 و 0 (گاهی اوقات به عنوان “روشن” و “خاموش”).

چگونه یک کامپیوتر کوانتومی کار می کند

از طرف دیگر ، یک کامپیوتر کوانتومی اطلاعات را به صورت 1 ، 0 یا یک ترکیب کوانتومی دو حالت ذخیره می کند. چنین “بیت کوانتومی” باعث انعطاف پذیری بسیار بیشتری نسبت به سیستم دودویی می شود.

به طور خاص ، یک کامپیوتر کوانتومی Quantum Computers قادر به انجام محاسبات به نسبت بسیار بیشتر از رایانه های سنتی است … مفهومی که دارای نگرانی ها و برنامه های جدی در حوزه رمزنگاری و رمزنگاری است.

برخی می ترسند که یک کامپیوتر کوانتومی موفق و کاربردی با پاره کردن رمزگذاری های امنیتی رایانه خود ، سیستم مالی جهان را ویران کند ، که این امر مبتنی بر فاکتورسازی تعداد زیادی است که به معنای واقعی کلمه نمی توانند توسط رایانه های سنتی در طول عمر جهان کرک شوند. از طرف دیگر ، یک کامپیوتر کوانتومی می تواند اعداد را در یک دوره زمانی معقول عامل گذاری کند.

برای درک نحوه سرعت بخشیدن به این مسائل ، این مثال را در نظر بگیرید. اگر qubit در یک حالت عالی از حالت 1 و 0 قرار داشته باشد و یک محاسبه را با یک qubit دیگر در همان حالت فوق انجام دهد ، یک محاسبه در واقع 4 نتیجه به دست می آورد: یک نتیجه 1/1 ، یک نتیجه 1/0 ، a نتیجه 0/1 و نتیجه 0/0. این نتیجه ای از ریاضیات است که وقتی در حالت از هم گسیختگی قرار دارد.

در حالی که در حالت ترکیبی از حالت ها قرار دارد ، تا زمانی که در یک حالت فروپاشی شود ، در یک سیستم کوانتومی اعمال می شود. توانایی یک کامپیوتر کوانتومی در انجام چندین محاسبه همزمان (یا به طور موازی ، از نظر رایانه) به موازات کوانتومی گفته می شود.

مکانیسم دقیق فیزیکی هنگام کار در کامپیوتر کوانتومی از نظر تئوری کاملاً پیچیده است و بطور شهودی نگران کننده است. به طور کلی ، این امر از نظر تفسیر چند جهانی از فیزیک کوانتومی توضیح داده می شود ، که در آن رایانه نه تنها در جهان ما بلکه در سایر جهان ها نیز محاسبات را انجام می دهد ، در حالی که کبیت های مختلف در حالت تجزیه کوانتومی قرار دارند. در حالی که این به نظر می رسد دور از ذهن است ، نشان داده شده است که تفسیر چند جهانی پیش بینی هایی را با نتایج تجربی مطابقت می دهد.

کامپیوتر کوانتومی تاریخچه محاسبات کوانتومی

محاسبات کوانتومی تمایل دارد تا ریشه های خود را به یک سخنرانی در سال 1959 توسط ریچارد پی. فاینمن ردیابی کند که در آن در مورد تأثیرات کوچک سازی ، از جمله ایده سوء استفاده از جلوه های کوانتومی برای ایجاد رایانه های قدرتمندتر صحبت کرده است. این گفتار همچنین به طور کلی نقطه شروع فناوری نانو محسوب می شود .

البته پیش از تحقق اثرات کوانتومی محاسبات ، دانشمندان و مهندسان مجبور بودند فناوری رایانه های سنتی را بطور کامل تر توسعه دهند. به همین دلیل ، سالهاست که اندیشه پیشرفت ایده های پیشنهادی فاینمن ، پیشرفت مستقیمی و حتی علاقه وجود نداشت.

در سال 1985 ، ایده “دروازه های منطق کوانتومی” توسط دیوید دویچ ، دانشگاه آکسفورد مطرح شد ، به عنوان ابزاری برای استفاده از قلمرو کوانتومی درون یک کامپیوتر. در واقع ، مقاله دویچ در این زمینه نشان می دهد که هر فرآیند فیزیکی می تواند توسط یک کامپیوتر کوانتومی مدل شود.

تقریباً یک دهه بعد ، در سال 1994 ، پیتر شور AT&T الگوریتمی را ابداع کرد که می تواند تنها 6 qubits برای انجام برخی عوامل واقعی استفاده کند … البته تعداد مکعب های بیشتر پیچیده تر و عدد مورد نیاز به فاکتورسازی است.

تعداد کمی از کامپیوترهای کوانتومی ساخته شده است. اولین ، یک کامپیوتر کوانتومی 2-qubit در سال 1998 ، می تواند قبل از از دست دادن جابجایی پس از چند نانوساوند ، محاسبات بی اهمیت را انجام دهد.

در سال 2000 ، تیم ها با موفقیت یک کامپیوتر 4-qubit و یک کامپیوتر کوانتومی 7 qubit را ساختند. تحقیقات در مورد این موضوع هنوز بسیار فعال است ، اگرچه برخی از فیزیکدانان و مهندسان ابراز نگرانی در مورد مشکلات ناشی از ارتقاء این آزمایش ها به سیستم های محاسباتی کامل. با این وجود ، موفقیت این مراحل اولیه نشان می دهد که تئوری بنیادی سالم است.

مشکلات رایانه های کوانتومی

نقطه ضعف اصلی کامپیوتر کوانتومی همان قدرت آن است: جابجایی کوانتومی. محاسبات qubit در حالی انجام می شود که تابش موج کوانتومی در حالت ابرقابل بین حالت ها قرار دارد ، این همان چیزی است که به آن امکان می دهد محاسبات را با استفاده از هر دو حالت 1 و 0 به طور همزمان انجام دهد.

با این حال ، هنگامی که یک اندازه گیری از هر نوع به یک سیستم کوانتومی انجام می شود ، جابجایی تجزیه می شود و عملکرد موج در یک حالت واحد فرو می ریزد. بنابراین ، رایانه مجبور است به نوعی این محاسبات را انجام دهد بدون اینکه هیچ اندازه گیری انجام شود تا زمان مناسب ، هنگامی که بتواند از حالت کوانتومی خارج شود ، یک اندازه گیری برای خواندن نتیجه خود داشته باشد ، که سپس به بقیه منتقل می شود. سیستم.

الزامات فیزیکی دستکاری یک سیستم در این مقیاس قابل توجه است ، و این امر به قلمرو ابررساناها ، فناوری نانو و الکترونیک کوانتومی و سایر موارد توجه دارد. هر یک از اینها خود یک زمینه پیشرفته است که هنوز کاملاً توسعه یافته است ، بنابراین تلاش برای ادغام همه آنها در یک کامپیوتر کوانتومی کاربردی کاری است که من به خصوص به کسی حسادت نمی کنم … بجز شخصی که در نهایت موفق می شود.

نوشته های مشابه

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *

دکمه بازگشت به بالا