کامپیوتر کوانتومی چیست؟
کامپیوتر کوانتومی که Quantum computer نیز نامیده می‌شود، در واقع ماشینی است که از پدیده‌ها و قوانین مکانیک کوانتوم برای انجام محاسبات و رایانش استفاده میکند. در واقع ایده‌ی اصلی ساخت و طراحی چنین کامپیوترهایی، استفاده از خواص و قوانین فیزیک کوانتوم برای ذخیره‌سازی و انجام عملیات روی داده‌ها بود.
قوانین مهم فیزیک کوانتوم که پایه و اساس عملکرد کامپیوترهای کوانتومی را شکل می‌دهند، عبارتند از:
- برهم نهی (Superposition)
- درهم تنیدگی (Entanglement)
استفاده از این قوانین مهم فیزیک کوانتوم، سبب می‌شود تا کامپیوترهای کوانتومی بتوانند عملکرد بهتری در مقایسه با ابر رایانه‌های امروزی که در سرتاسر جهان، برای انجام محاسبات پیچیده و سنگین استفاده می‌شوند، داشته باشند.
تمامی رایانه‌های کلاسیک، شامل گوشی‌های هوشمند، لپ‌تاپ‌ها و کامپیوترهای معمولی، به صورت باینری اطلاعات را پردازش می‌کنند، یعنی به صورت ۰ یا ۱ و آن‌ها را در قالبی تحت عنوان بیت، رمزگذاری می‌نمایند. در کامپیوتر کوانتومی، این واحد به یک بیت کوانتومی یا کیوبیت تبدیل شده و برای پردازش داده‌ها، به جای روش باینری، از سیستم‌های فیزیکی مانند اسپین یک الکترون یا جهت یک فوتون استفاده می‌شود.
به همین دلیل است که کامپیوترهای کوانتومی برتری خود را نسبت به کامپیوترهای کلاسیک نشان می‌دهند. اگر در یک محاسبه، تعداد ترکیب داده‌ها بیشتر از ۱ واحد باشد، رایانه های کوانتومی می‌توانند به صورت همزمان، تمامی ترکیب‌ها را در آنِ واحد امتحان کرده و نتیجه را گزارش دهند.
با این حال، ممکن است موقعیت‌های زیادی نیز وجود داشته باشد که رایانه‌های کلاسیک همچنان بهتر از رایانه‌های کوانتومی عمل کنند. بنابراین پیش‌بینی می‌شود کامپیوترهای آینده ترکیبی از این دو نوع باشند.
معایب کامپیوتر کوانتومی
در حال حاضر، رایانه‌های کوانتومی بسیار حساس هستند. حساس به گرما، میدان‌های الکترومغناطیسی و برخورد مولکول‌ها با مولکول‌های هوا. وجود این متغیرها باعث شده است که کامپیوتر های کوانتومی موجود، نتوانند کارایی خوبی از خود ارائه دهند و در حین پردازش اطلاعات، به مشکل بخورند.
این فرآیند که به نام decoherence کوانتومی شناخته می‌شود، باعث از کار افتادن سیستم می‌شود. از طرفی نیز هر چه تعداد متغیرهای خارج از کنترل، بیشتر و شدیدتر باشند، decoherence کوانتومی سریع‌تر اتفاق می‌افتد.
رایانه کوانتومی
تیم‌ها و شرکت‌هایی که روی کامپیوتر های کوانتومی کار می‌کنند؛ قصد دارند این تکنولوژی پیشرفته و عظیم را به یک ابزار کارآمدتر و عمومی تبدیل کنند. مثل کامپیوترهای معمولی که نسخه‌ی پورتابل‌شان (قابل حمل) معرفی شد، نسخه‌ی کوچک‌تر و سبک‌تر کامپیوترهای کوانتومی بزرگ را طراحی کرده و بسازند.
کشورهای چین و آمریکا در زمینه توسعه رایانه کوانتومی بسیار پیشروتر از بقیه‌ی کشورها هستند و موفق شده‌اند عملیات محاسبات کوانتومی محدودی را روی تعداد بسیار کمی از کیوبیت‌ها انجام دهند.
دولت‌ها، مراکز آموزشی، مراکز تحقیقاتی و تیم‌های مستقل و استارتاپی نیز در این حوزه همچنان به فعالیت خود ادامه می‌دهند تا بتوانند کامپیوترهای کوانتومی را برای اهداف غیرنظامی، پزشکی، آموزشی و امنیتی کارآمدتر کنند.
اگر رایانه‌های کوانتومی همه‌گیر شده و مانند ابر کامپیوترهای امروزی، در مقیاس‌های بزرگ ساخته شوند، می‌توانند به انسان‌ها در کشف قوانین هستی و بسیاری از مسائل حل نشده بشریت، کمک کنند و سرعت رشد را بالا ببرند.
بیشتر بخوانید: هوش مصنوعی یا AI چیست
کامپیوتر کوانتومی چگونه کار میکند؟
کامپیوتر کوانتومی چگونه کار میکند؟ یکی از مهم‌ترین سوالات تاریخ بشریت است که حتی متخصصان فعال در این حوزه نیز، جواب کاملا دقیق و مشخصی برای آن ندارند و اختلاف نظر بر سر پاسخ به این سوال، بالا است.
برای این که بتوانید به چگونگی کار کردن کامپیوترهای کوانتومی پی ببرید، باید حداقل، معنی عبارت‌های کیوبیت (Qubit)، برهم نهی (Superposition) و درهم تنیدگی (Entanglement) را بدانید.
کیوبیت (Qubit) یعنی چه؟
در پردازش کوانتومی یک کیوبیت یا بیت کوانتومی واحد پایه‌ای پردازش کوانتومی و رمزنگاری کوانتومی بوده و مشابه بیت در رایانه‌های کلاسیک است. می‌توان این طور نیز تعریف کرد:
- کیوبیت یعنی کوچک‌ترین واحد ذخیره اطلاعات و معیاری از مقدار اطلاعات کوانتومی
همان طور که اشاره کردیم، کامپیوترهای امروزی از بیت‌ها استفاده می‌کنند! جریانی از پالس‌های الکتریکی یا نوری که نشان دهنده ۱ یا ۰ هستند. همه چیز در دنیای کامپیوترها از توییت‌ها و ایمیل‌ها گرفته تا آهنگ‌های iTunes و ویدیوهای یوتیوب، در اصل رشته‌های بلندی از این ارقام باینری هستند.
اما رایانه‌های کوانتومی از کیوبیت‌ها استفاده می‌کنند که معمولاً ذرات زیراتمی مانند الکترون‌ها یا فوتون‌ها هستند. کیوبیت‌ها در واقع می‌توانند همزمان هم ۱ و هم ۰ باشند و دقیقا همین مورد، تفاوت اصلی بیت در کامپیوترهای فعلی با کیوبیت در کامپیوترهای کوانتومی به شمار می‌رود.
تولید و مدیریت کیوبیت‌ها در رایانه‌های کوانتومی به یک چالش علمی و مهندسی بدل گشته، چرا که با استفاده از سیستم‌های فیزیکی مانند اسپینُ یک الکترون یا جهت یک فوتون ساخته می‌شوند و می‌توانند همزمان، آرایش‌های مختلف به خود گیرند. در نتیجه، مجموعه‌ای از کیوبیت‌ها می‌توانند چیزهای مختلفی را به طور همزمان نشان دهند.
به عنوان مثال، هشت بیت برای یک کامپیوتر کلاسیک کافی است تا هر عددی بین ۰ تا ۲۵۵ را نشان دهد؛ اما هشت کیوبیت برای یک کامپیوتر کوانتومی کافی است تا هر عدد بین ۰ تا ۲۵۵ را به طور همزمان نمایش دهد. گفته می‌شود چند صد کیوبیت درهم تنیده برای نمایش اعدادی بیشتر از اتم‌های موجود در جهان کافی است.
به عنوان یکی از جالب‌ترین نکته‌ها در مورد کامپیوترهای کوانتومی، باید بدانید که کیوبیت‌ها ویژگی‌های کوانتومی عجیبی دارند. به عنوان مثال، یک گروه متصل از این داده‌ها می‌توانند قدرت پردازش بیشتری نسبت به همان تعداد بیت‌های دودویی ارائه دهند که در اصطلاح، برهم نهی و درهم تنیدگی نامیده می‌شود.
بر هم نهی (Superposition) در کامپیوترهای کوانتومی یعنی چه؟
کیوبیت‌ها می‌توانند چندین ترکیب ممکن از ۱ و ۰ را به طور همزمان نشان دهند. به این توانایی برای قرار گرفتن همزمان در چند حالت، برهم نهی (Superposition) گفته می‌شود. برای قرار دادن کیوبیت‌ها در وضعیت برهم نهی، محققان آن‌ها را با استفاده از لیزرهای دقیق یا پرتوهای مایکروویو دستکاری می‌کنند.
به لطف این پدیده ضد شهودی، یک کامپیوتر کوانتومی با چندین کیوبیت در حالت برهم نهی، می‌تواند تعداد زیادی از نتایج بالقوه را به طور همزمان بررسی، تست و نشان دهد.
منظور از در هم تنیدگی (Entanglement) در یک کامپیوتر کوانتومی چیست؟
محققان می‌توانند جفت‌هایی از کیوبیت‌ها را تولید کنند که درهم‌تنیده هستند، به این معنی که دو عضو یک جفت در یک حالت کوانتومی واحد وجود دارند. تغییر وضعیت یکی از کیوبیت‌ها، سریع وضعیت دیگری را به روشی قابل پیش‌بینی تغییر می‌دهد. این اتفاق در هر حالت رخ خواهد داد، حتی اگر با فواصل بسیار طولانی از هم صورت بگیرند.
به عنوان یک نکته‌ی جالب و طبق گزارش منتشر شده توسط MIT technologyreview، هیچکس نمی‌داند که چگونه یا چرا درهم تنیدگی رخ می‌دهد و کار هم میکند!
این پدیده، ریاضیدان بزرگی مثل انیشتین را هم درگیر خود کرده بود که آن را “spooky action at a distance” یعنی “اقدامی شبح وار از راه دور” نامید. با این حال، در هم تنیدگی (Entanglement) کلید قدرت کامپیوترهای کوانتومی است.
در یک کامپیوتر معمولی، دو برابر شدن تعداد بیت‌ها، یعنی دو برابر شدن قدرت پردازش؛ اما به لطف در هم تنیدگی، افزودن کیوبیت‌های اضافی به یک ماشین کوانتومی باعث افزایش تصاعدی در توانایی پردازش اعداد و داده‌ها می‌شود و سرعت را به صورت قابل توجهی بالا می‌برد.
حال که با مهم‌ترین اصطلاحات کامپیوترهای کوانتومی آشنا شدید، بهتر است به نحوه‌ی کار این ماشین‌ها که بسیار جالب است، بپردازیم.
چگونگی کار کردن کامپیوتر کوانتومی
کامپیوترهای کوانتومی تقریبا همانند کامپیوترهای معمول که در اختیار همه‌ی افراد قرار دارد، کار می‌کنند. برای مثال، هر دو نوع کامپیوتر معمولا دارای تراشه، مدار و گیت منطقی هستند. عملیات پردازش در هر دو نوع کامپیوتر، توسط الگوریتم‌ها (در اصل دستورالعمل‌های متوالی) صورت می‌پذیرد که شامل یک کد دودویی از یک‌ها و صفرها هستند.
اما در نحوه‌ی پردازش، عملکرد هر دو نوع کامپیوتر جدا از هم است. کامپیوترهای کوانتومی از بیت‌های کوانتومی یا کیوبیت‌ها استفاده می‌کنند که اطلاعات را بسیار متفاوت‌تر پردازش کنند. یک کیوبیت می‌تواند به طور همزمان در یک برهم نهی یک و صفر باشد تا زمانی که حالت آن اندازه‌گیری شود.
علاوه بر این، حالت‌های کیوبیت‌های متعدد می‌توانند درهم تنیده شوند، به این معنی که آن‌ها به صورت مکانیک کوانتومی به یکدیگر مرتبط هستند. برهم نهی و درهم تنیدگی به رایانه‌های کوانتومی قابلیت‌هایی می‌دهد که در نوع محاسبات کامپیوترهای کلاسیک، کاملا ناشناخته است.
کیوبیت‌ها را می‌توان با دستکاری اتم‌ها (مثل اتم‌های باردار الکتریکی به نام یون‌ها یا الکترون‌ها) یا با نانو مهندسی اتم‌های مصنوعی (مانند مدارهای کیوبیت‌های ابررسانا) یا با استفاده از روشی به نام لیتوگرافی؛ ساخت.
بیشتر بخوانید: ماشین لرنینگ چیست
کاربرد کامپیوتر کوانتومی
سازمان‌ها می‌توانند از قدرت محاسباتی کامپیوترهای کوانتومی در موضوعات و حوزه‌های مختلف بهره ببرند.
سازمان‌هایی که از قدرت محاسبات کوانتومی استفاده می‌کنند، می‌توانند به بشریت کمک کنند تا برخی از بزرگترین مشکلات جهان را حل کند و در زمینه‌های حیاتی، از تحقیقات دارویی گرفته تا کشاورزی جهانی و فراتر از آن، پیشرفت‌هایی ایجاد نمایند. در ادامه به معرفی مهم‌ترین کاربردهای کامپیوتر های کوانتومی اشاره می‌کنیم.
- هوش مصنوعی و یادگیری ماشینی (ML)
از آن‌جایی که کامپیوترهای کوانتومی می‌توانند سرعت پردازش اطلاعات را بالا ببرند، پتانسیل بسیار زیادی نیز برای هوش مصنوعی ایجاد خواهد شد تا بتواند راه‌هایی برای خودکارسازی و بهینه سازی وظایف خود پیدا کند.
یکی از حوزه‌هایی که طی سال‌های اخیر به شدت تحت تاثیر فناوری هوش مصنوعی بوده، احراز هویت است. با معرفی شدن کامپیوترهای کوانتومی، این حوزه نیز به شدت دچار تغییر خواهد شد. فرایندهای احراز هویت، بخش قابل توجهی از پلتفرم‌ها، شبکه‌های اجتماعی، رسانه‌ها، ابزارهای آنلاین و آفلاین، وب‌سایت‌ها و سامانه‌ها را به خود اختصاص داده است.
این در حالی است که احراز هویت آنلاین، به دلیل رونق گرفتن شبکه‌های آنلاین بیش از پیش اهمیت پیدا کرده و آینده هوش مصنوعی می‌تواند نقش تعیین کننده‌ای در این حوزه ایفا کند.
به عنوان مثال، در مورد سامانه‌ها و وب‌سایت‌های داخلی که احراز هویت نیاز دارند، احراز هویت سجام و سامانه ثنا هستند. برای این منظور، یوآیدی از پیشرفته‌ترین زیرشاخه‌ها و فناوری‌های هوش مصنوعی نظیر یادگیری ماشین و تشخیص چهره استفاده کرده است.
به لطف استفاده از این فناوری‌ها، یوآیدی قادر است حتی بدون نیاز به پسوردهای پیچیده و فراموش شدنی که اغلب کاربران را به دردسر می‌اندازند، تنها با تشخیص آنلاین و در لحظه چهره کاربران، فرایند احراز هویت آن‌ها را تکمیل کند.
- مدل‌سازی مالی با قابلیت‌های مدل‌سازی محاسبات کوانتومی
سازمان‌های مالی می‌توانند از این فناوری برای مدل‌سازی بهتر رفتار سرمایه‌گذارها و اوراق بهادار در مقیاس بزرگ‌تر استفاده کنند. در نتیجه، ریسک کاهش می‌یابد، بهینه سازی پرتفوی سرمایه‌گذاری بهبود پیدا میکند و سازمان‌های مالی می‌توانند روندها و حرکات اقتصاد مالی جهانی را بهتر درک کنند.
- امنیت سایبری
محاسبات کوانتومی می‌تواند تأثیر مستقیمی بر حریم خصوصی و رمزگذاری داشته باشد. با توجه به طبیعت به سرعت در حال تکامل حوزه امنیت سایبری، رایانه‌های کوانتومی می‌توانند به رمزگذاری داده‌ها کمک کرده و از آن‌ها محافظت کنند.
- کمک به سیستم‌های ناوبری
یکی از بزرگترین چالش‌های پیش روی سیستم‌های ناوبری امروزی، مدیریت زمان، پیدا کردن بهترین مسیر و پیش‌بینی آب و هوا است. اینجاست که کامپیوترهای کوانتومی می‌توانند به کمک اپراتورها آمده و تمامی داده‌ها را در سریع‌ترین زمان پردازش کنند تا تمامی خدمات حوزه ناوبری بهبود چشمگیری پیدا کند.
- تولید
کامپیوترهای کوانتومی می‌توانند نمونه‌سازی و آزمایش دقیق و واقعی‌تری را در تمامی پروسه‌های تولید اجرا کنند. به عنوان مثال، در صنعتی مثل داروسازی، تست نمونه‌های اولیه و دریافت اطلاعات و نتایج قابل استناد، اهمیت زیادی دارد. کامپیوترهای کوانتومی می‌توانند داده‌ها را سریع تحلیل کرده و نتایج واقعی‌تری ارائه دهند.
این امر به کاهش هزینه‌ها و افزایش سرعت کمک کرده و از هدر رفت سرمایه جلوگیری میکند.
- تحقیقات دارویی و شیمیایی
رایانه‌های کوانتومی می‌توانند مدل‌های بهتری برای نحوه تعامل اتم‌ها با یکدیگر ایجاد کنند که منجر به درک بهتر و دقیق‌تری از ساختار مولکولی می‌شود. این ممکن است مستقیماً بر تحقیقات دارویی و شیمیایی تأثیر بگذارد و نحوه تولید محصولات و داروهای جدید را تغییر دهد.
همچنین قدرت پیش‌بینی رایانه‌های کوانتومی می‌تواند چگونگی توسعه، تکامل و تعامل ترکیبات شیمیایی و داروها با عناصر دیگر را در طول زمان فراهم کند.
جدای از تمام پتانسیلی که رایانه‌ها و کامپیوترهای کوانتومی دارند، باید پذیرفت که طول می‌کشد تا سازمان‌ها بتوانند محاسبات کوانتومی را در عملیات خود در مقیاس وسیع‌تری به کار ببرند.
به هر حال، آینده‌ای که بر پایه محاسبات کوانتومی ساخته شده، آینده امیدوارکننده‌ای است که در آن می‌توان برخی از بزرگترین مشکلات بشریت را سریع‌تر، کارآمدتر، دقیق‌تر و در مقیاس بزرگ‌تر حل کرد.
اما باید به این مورد نیز توجه کرد که بسیاری از کاربردهای محاسبات کوانتومی در حال حاضر آزمایشی یا فرضی هستند، زیرا ما هنوز در مراحل اولیه یادگیری نحوه پیاده سازی محاسبات کوانتومی در مقیاس انبوه هستیم، اما با توسعه فناوری، سازمان‌ها نباید نحوه استفاده از آن را نادیده بگیرند.
با این مفهوم که کامپیوتر کوانتومی چیست؟ و چگونه کار میکند؟ به صورت کامل آشنا شدید. حال به مشخصات یک کامپیوتر کوانتومی که موجب می‌شوند تا از سایر کامپیوترهای موجود، جدا شوند، می‌پردازیم.
مشخصات کامپیوتر کوانتومی
اول از همه باید به این نکته اشاره کنیم که کامپیوتر های کوانتومی با هدف ایجاد یک تحول و انقلاب در امر محاسبات پیچیده طراحی و تولید می‌شوند. تیم‌های دانشگاهی و تحقیقاتی شرکت‌های بزرگ در حال حاضر تا حدی موفق به انجام این کار شده‌اند و متخصصان علوم رایانه زیادی اعتقاد دارند که این نسل جدید از رایانه‌ها، قرار است دنیا را متحول کند.
“اما چرا؟ مگر کامپیوترهای کوانتومی چه مشخصاتی دارند که می‌توانند چنین انقلابی ایجاد کنند؟” شاید این سوال شما هم بوده باشد!
اگر بخواهیم به مشهودترین مشخصات کامپیوترهای کوانتومی اشاره کنیم، می‌توان این موارد را مثال زد:
- توان بالاتر نسبت به کامپیوترهای کلاسیک و امروزی
- داشتن قدرت پردازش بیشتر در مقایسه با ابر رایانه‌های تولید شده
- سرعت پردازش بالا
- توان حل محاسبات بسیار پیچیده
- انجام چندین عملیات محاسباتی به صورت همزمان
- انجام محاسبات در مدت زمان بسیار کم
- انعطاف پذیری بیشتر در حل برخی از مسائل گنگ و حل نشده‌ی تاریخ
در واقع می‌توان مهم‌ترین مشخصه‌ی کامپیوترهای کوانتومی را این گونه عنوان کرد. این ماشین‌ها برای حل پیچیده‌ترین مسائل، عالی هستند، زیرا می‌توانند راه‌حل‌های موجود و احتمالی را یک جا و به صورت همزمان مورد آزمایش و بررسی قرار دهند. در صورتی که کامپیوترهای فعلی، نمی‌توانند چنین کاری را انجام دهند.
ممکن است چند سال طول بکشد تا کامپیوترهای کوانتومی به پتانسیل کامل خود دست یابند. دانشگاه‌ها و کسب‌وکارهایی که روی آن‌ها کار می‌کنند، با کمبود محققان ماهر در این زمینه و کمبود تامین‌کنندگان برخی از اجزای کلیدی مواجه هستند؛ اما اگر این ماشین‌های محاسباتی عجیب و غریب به وعده‌های خود عمل کنند، می‌توانند کل صنایع را متحول کرده و سرعت نوآوری‌های جهانی را افزایش دهند.
تاریخچه کامپیوتر کوانتومی
قبل از هر چیزی باید بدانید که برای سال‌های متمادی، رشته‌های مکانیک کوانتومی و علوم کامپیوتر جوامع دانشگاهی مجزایی را تشکیل می‌دادند. نظریه کوانتومی مدرن در دهه ۱۹۲۰ توسعه یافت تا دوگانگی موج-ذره مشاهده شده در مقیاس اتمی را توضیح دهد.
بعد کامپیوترهای دیجیتال در دهه‌های بعدی به وجود آمدند تا جایگزین کامپیوترهای انسانی برای محاسبات خسته کننده شوند.
هر دو رشته مکانیک کوانتومی و علوم کامپیوتر در طول جنگ جهانی دوم کاربردهای عملی داشتند. مثلا، کامپیوترها نقش مهمی در رمزنگاری ایفا کردند و فیزیک کوانتوم هم در فیزیک هسته‌ای مورد استفاده قرار گرفت.
زمانی که که فیزیکدانان، مدل‌های مکانیک کوانتومی را برای حل مسائل محاسباتی به کار بردند و جای بیت‌های دیجیتال را با کیوبیت‌ها عوض کردند، رشته‌های مکانیک کوانتومی و علوم کامپیوتر شروع به همگرایی کردند.
در سال ۱۹۸۰، پل بنیوف ماشین تورینگ کوانتومی را معرفی کرد که از نظریه کوانتومی برای توصیف یک کامپیوتر ساده شده استفاده می‌کرد. با سریع‌تر شدن نسخه‌های اولیه کامپیوترهای دیجیتال امروزی، فیزیکدانانی مثل یوری مانین و ریچارد فاینمن هنگام شبیه سازی دینامیک کوانتومی، پیشنهاد کردند که سخت افزار مبتنی بر پدیده‌های کوانتومی و مستقل از کامپیوترهای آن زمان، می‌تواند کارآمدتر باشد.
در مقاله ی در سال ۱۹۸۴، چارلز بنت و ژیل براسارد نظریه کوانتومی را برای پروتکل‌های رمزنگاری اعمال کردند و نشان دادند که توزیع کلید کوانتومی می‌تواند امنیت اطلاعات را افزایش دهد. سپس الگوریتم‌های کوانتومی برای حل مسائل اوراکل ظاهر شدند، مانند الگوریتم دویچ در سال ۱۹۸۵، الگوریتم برنشتاین-وزیرانی در سال ۱۹۹۳ و الگوریتم سیمون در سال ۱۹۹۴.
این الگوریتم‌ها مسائل عملی را حل نمی‌کنند، اما از نظر ریاضی نشان می‌دهند که می‌توان اطلاعات بیشتری را با حالت کوانتومی در برهم‌نهی، که گاهی اوقات به عنوان موازی کوانتومی نامیده می‌شود، به دست آورد.
در طول سال‌ها، آزمایشگران، کامپیوترهای کوانتومی کوچک را با استفاده از یون‌های به دام افتاده و ابررساناها ساختند. در سال ۱۹۹۸ یک کامپیوتر کوانتومی دو کیوبیت امکان‌سنجی این فناوری را نشان داد و در آزمایش‌های بعدی، تعداد کیوبیت‌ها افزایش پیدا کرد تا نرخ خطا کاهش یابد.
در سال ۲۰۱۹، گوگل و ناسا اعلام کردند که یک ماشین ۵۴ کیوبیتی کوانتومی ساخته‌اند که قادر است محاسباتی را انجام دهد که برای کامپیوترهای کلاسیک غیرممکن هستند.
پس از منتشر شدن نتایج تحقیقات توسط غول‌های فناوری، سرمایه‌گذاری در حوزه محاسبات کوانتومی در بخش‌های دولتی و خصوصی افزایش یافت. در نتیجه، استارتاپ‌ها و تیم‌های بیشتر ساخته شدند تا بر روی توسعه و بهبود کامپیوترهای کوانتومی کار کنند.
ماشین تورینگ کوانتومی (Quantum Turing Machine) یک مثال ساده و ابتدایی از کامپیوترهای کوانتومی است که Universal Quantum Computer نیز نامیده می‌شود.
جمع بندی:
همان طور که مشاهده کردید، کامپیوتر کوانتومی که Quantum computer نیز نامیده می‌شود، در واقع ماشینی است که از پدیده‌ها و قوانین مکانیک کوانتوم برای انجام محاسبات و رایانش استفاده میکند.
استفاده از این قوانین مهم فیزیک کوانتوم، سبب می‌شود تا کامپیوترهای کوانتومی بتوانند عملکرد بهتری در مقایسه با ابر رایانه‌های امروزی که در سرتاسر جهان، برای انجام محاسبات پیچیده و سنگین استفاده می‌شوند، داشته باشند.
تیم‌ها و شرکت‌هایی که روی کامپیوتر های کوانتومی کار می‌کنند؛ قصد دارند این تکنولوژی پیشرفته و عظیم را به یک ابزار کارآمدتر و عمومی‌تر بدل نمایند.
کشورهای چین و آمریکا در زمینه توسعه رایانه کوانتومی بسیار پیشروتر از بقیه‌ی کشورها هستند و موفق شده‌اند عملیات محاسبات کوانتومی محدودی را روی تعداد بسیار کمی از کیوبیت‌ها انجام دهند.
این کامپیوترها، کارایی بسیار زیادی در حوزه‌های مختلف دارند. از کشاورزی گرفته تا داروسازی و هوش مصنوعی و… همه با عرضه‌ی مدل‌های توسعه یافته‌تر کامپیوترهای کوانتومی دگرگون شده و تغییرات زیادی را شاهد خواهند بود.
سوالات متداول
می‌توان گفت که کیفیت، سرعت و دقت پردازش اطلاعات در حجم وسیع در کامپیوترهای کوانتومی بهتر است. مثلا محاسباتی که برای ابر رایانه‌های امروزی ممکن است تا هزاران سال به طول بینجامد، یک کامپیوتر کوانتومی می‌تواند در کمتر از چند روز و چند ساعت، انجامشان دهد.
البته هنوز مشخص نیست که دقیقا چند کیوبیت برای دستیابی به این هدف مورد نیاز است، زیرا محققان به یافتن الگوریتم‌های جدید برای افزایش عملکرد ماشین‌های کلاسیک ادامه می‌دهند و سخت‌افزار ابررایانه‌ها بهتر می‌شوند.
یکی از امیدوارکننده‌ترین کاربردهای کامپیوترهای کوانتومی؛ شبیه سازی رفتار ماده تا سطح مولکولی است. مثلا شرکت‌های داروسازی برای تجزیه و تحلیل و مقایسه ترکیبات مختلف از کامپیوترهای کوانتومی استفاده می‌کنند که هم سرعت کار را بالا می‌برد، هم نتایج بدست آمده را قابل استناد میکند.
در هر حال، دنیای واقعی بر اساس قوانین فیزیک و فیزیک کوانتوم پیش می‌رود و رایانه‌های کوانتومی می‌توانند در درک اسرار جهان هستی کارآمدتر باشند.
هنگامی که دانشمندان و مهندسان با مشکلات بزرگی مواجه می‌شوند، به ابررایانه‌ها روی می آورند. ابر رایانه‌ها در واقع، کامپیوترهای کلاسیک بسیار بزرگی هستند که اغلب با هزاران هسته CPU و GPU به انجام محاسبات سخت و پیچیده می‌پردازند. با این حال، حتی ابررایانه‌ها نیز ماشین‌های مبتنی بر کد باینری هستند که به فناوری ترانزیستور قرن بیستم متکی‌اند و محدودیت‌های خاص خود را دارند. اما کامپیوترهای کوانتومی دیگر این محدودیت‌ها را ندارند و کارآمدتر هستند.
کامپیوتر کوانتومی (Quantum computer) در واقع ماشینی است که از پدیده‌ها و قوانین فیزیک کوانتوم برای انجام محاسبات و رایانش استفاده میکند.
کامپیوترهای کوانتومی از بیت‌های کوانتومی یا کیوبیت‌ها استفاده می‌کنند تا اطلاعات را پردازش کنند. یک کیوبیت می‌تواند به طور همزمان در یک برهم نهی یک و صفر باشد تا زمانی که حالت آن اندازه‌گیری شود.
