آیتی تجهیز نرخ قیمت قطعات کامپیوتر

کامپیوتر کوانتومی، واژه‌ای که این روزها اخبار زیادی از آن به گوش می‌رسد، کامپیوتر های کوانتومی نسل آینده‌ی پردازش‌ های کامپیوتری هستند که می‌توانند دنیای تکنولوژی اطلاعات را به‌ کلی دگرگون کنند، در این تعلیم از همیار آی‌تی قصد داریم با زبانی ساده شما را با کامپیوترهای کوانتومی و نحوه‌ی عملکرد آن‌ها آشنا کنیم، برای دانستن مفهوم پردازش کوانتومی ورایانه کوانتومی چیست با ما همراه شوید.

آشنایی با کامپیوتر کوانتومی و عملکرد حیرت‌انگیز آن‌

اما قبل از اینکه به سراغ شیوه کار کامپیوترهای کوانتومی برویم لازم است نگاهی به کامپیوترهای معمولی و نحوه‌ی عملکرد آن‌ها بیندازیم.

همه‌ی ما می‌دانیم که پایه و پای بست، کار کامپیوتر های امروزی بیت‌ های منطقی هستند، یعنی 0 و 1 که از کناره هم پیمان دریافت آن‌ها دستورات گوناگون رایانه‌ای پدید آمده و پردازنده می‌تواند روی آن‌ها محاسبات مختلفی سپریدن دهد. بیت‌ها معمولا به کمک میزان ولتاژ در مدارات گوناگون اثر دیتا می‌شوند، به عنوان نمونه ولتاژ 0 نمایان‌گر بیت 0 و ولتاژ 5 نمایان‌گر بیت 1 است (میزان ولتاژ‌ها فرضی بوده و می‌تواند در هر سخت‌افزار متفاوت باشد)

آشنایی با کامپیوترهای کوانتومی و عملکرد حیرت‌انگیز آن‌ها

تغییر هر کدام از این بیت‌ها باعث تغییر قسمت همه گردآور می‌شود، در کامپیوترهای معمولی هر بیت می‌تواند در لحظه فقط یک مقدار مشخص داشته باشد، یعنی هر بیت در لحظه می‌تواند 0 باشد و یا 1 (تنها یکی از این مقادیر) وجه تمایز کامپیوتر های کوانتومی و  معمولی دقیقا در همینجاست، احتمالاً تعجب‌آور باشد، ولی باید بدانید که این سیستم ها می‌توانند در هر لحظه انواع حالات را داشته باشند، یعنی بیت‌ های آن‌ها هم برابر با 1 است و هم مساوی با 0 که آن‌را Qubit می‌نامند، می‌دانیم چه بسا کمی گیج شده باشید، برای همین فرمان دهید در ابتدا کمی بیشتر با مفهوم کوانتوم و فیزیک کوانتومی آشنا شویم.

ویژگی کوانتومی اشیا چیست؟

ویژگی کوانتومی بیان می‌کند، یک شی می‌تواند در لحظه چند شی باشد، یا در چندین حالت مختلف باشد. فرض کنید سکه‌ای را به هوا پرتاب می‌کنید، سکه‌ی در حال چرخش هم می‌تواند شیر باشد و هم خط و لغایت وقتی به زمین نرسد به هیچ‌وجه نمی‌توانیم درباره‌ی چگونگی آن اظهار نظر کنیم، نمونه زیاد معروفی در این گویه وجود دارد به نام تست گربه‌ی شرودینگر، در ادامه برای فهم بهتر مفهوم فیزیک کوانتوم این نمونه را بررسی می‌کنیم.

آزمایش گربه‌ی شرودینگر

آزمایش گربه‌ی شرودینگر، یک تست فکری است که توسط اروین شرودینگر (فیزیکدان اتریشی) نوآفریدن شد، این آزمایش به ما نشانه می‌دهد هنگامی که قوانین کوانتومی در حیات روزمره‌ی ما اعمال شوند چه اتفاقی می‌افتد، توصیف این تست به شرح زیر است:

فرض کنید، گربه‌ای در یک جعبه قرار دارد و یک ظرف زهر نیز در آن جعبه است، لغایت وقتی در جعبه بسته است ما هیچ پیشفرضی در ارتباط با تقدیر گربه نداریم، 50 درصد این شایستن هستی دارد که گربه مرده باشد یا به احتمال 50 درصد زنده باشد (در دنیای کوانتوم مقدار ریزبین این شکیبیدن مساوی با 2√/1 درصد است)

تا وقتی در جعبه را باز نکرده‌ایم نمی‌توانیم هیچ اظهار نظری در این‌باره کنیم، به بیان سایر این گربه هم زنده است و هم مرده، لغایت اینکه در جعبه را باز کرده و آن‌را نگاه کنیم.

آشنایی با کامپیوترهای کوانتومی و عملکرد حیرت‌انگیز آن‌ها

به طور کلی می‌توان گفت نظریه‌ی فیزیک کوانتومی اینطور ذکر می‌کند که همه‌ی اشیا می‌توانند انواع حالات گوناگون را در هر لحظه داشته باشند مگر اینکه به آن‌ها نگاه کنیم، کالبد ها فقط زمانی که به آن‌ها پروا می‌کنیم ویژگی‌های بخردانه خویش را می‌گیرند و لغایت قبل از آن هر شی می‌تواند هر چیزی باشد.

حال که کمی با مفهوم کوانتوم آشنا شدیم بهتر می‌توانید نحوه‌ی عملکرد کامپیوترهای کوانتومی را درک کنید، هر بیت در این کامپیوترها می‌تواند در آن یکتا اندکی مساوی با 0 و 1 را به طور مقارن داشته باشد تا به آن نگاه کنید (نتیجه‌ی محاسبات را فراخوانی کنید)

کامپیوتر کوانتومی چیست

همانطور که بالاتر گفتیم کامپیوترهای کوانتومی می‌توانند در یک لحظه گونه ها حالات گوناگون مسئله را در خود داشته باشند، مثالی که در ابتدای نوشتار زدیم را به یاد دارید؟ بیت‌هایی که نمایان‌گر دو عدد گوناگون بودند.

گفتیم در یک کامپیوتر معمولی در هر لحظه هر بیت فقط یک مقدار می‌پذیرد، بنابراین مقدار مجموعه‌ی بیتی برابر با 172 یا 236 است، ولی در یک کامپیوتر کوانتومی مجموعه‌ی بیتی در هر لحظه برابر با تمام اعداد موجود در این بازه است و می‌تواند به طور همزمان هم برابر 172 و هم مساوی 236 باشد.

ویژگی های کامپیوتر کوانتومی

محاسبه‌ای که در یک کامپیوتر معمولی به 4.5 ترابایت محیط‌ برای پردازش بیچارگی دارد، در یک رایانه کوانتومی فقط با 56 کیوبیت محیط‌ پردازش می‌شود!

کامپیوترهای کوانتومی به دلیل اینکه در لحظه تمام حالات پاسخ یک سوال را در خویش دارند به میزان حافظه‌ی زیاد کمتری احتیاج دارند، چرا که در یک رایانه معمولی چنین پردازش‌هایی ملزم برگزیدن یک فضای جداگانه به هر راه‌حل است، در حالی که کامپیوتر کوانتومی تمام حالات پذیرش را به طور مقارن در کیوبیت‌های خویش نگهداری می‌کند.

کامپیوترهای کوانتومی چگونه کار می‌کنند؟

طبق توضیحات بالا در می‌یابیم که یک رایانه کوانتومی تمام راه‌ حل‌ های یک مسئله را در آن یکتا داخل کیوبیت‌ های خویش دارد، فقط کافیست مقدار این کیوبیت‌ ها در لحظه‌ی درست خوانده شود الی به جواب مسئله برسیم.
برای اینکه بتوانیم کیوبیت‌ های یک رایانه کوانتومی را به وجود آوریم لازم است لغایت کامپیوتر در شرایط دمایی نزدیک به صفر مطلق نگهداری گردد لغایت بیت‌ های سخت‌افزاری حائز ویژگی کوانتومی شوند.

بنابراین فعلا نمی‌توان کامپیوتر های کوانتومی را مشابه کامپیوترهای معمولی در خانه و محل شغل استفاده کرد، این کامپیوترها معمولا در شرایط آزمایشگاهی و با اهداف علمی و تحقیقاتی بهره‌گیری می‌شوند، هرچند هنوز کامپیوترهای کوانتومی خیلی قدرتمندتر از کامپیوترهای معمولی نیستند، اما این فناوری به سرعت در حال ترقی بوده و به زودی دنیای جدیدی به روی ما گشوده خواهد شد.

امروزه شرکت‌هایی مشابه گوگل، IBM و مایکروسافت در حال پیشه روی پردازش کوانتومی هستند.

کاربردهای یک کامپیوتر کوانتومی

تقریبا می‌توان گفت هرآنچه پیشتر توانا به محاسبه و مدل‌ سازی آن نبودیم، هم‌اکنون به کمک رایانش کوانتومی امکان‌پذیر است. از مدل‌سازی ذرات اتم‌ها گرفته الی ملکول‌های مختلف، صنایع دارویی، غذایی و…
یکی از مهم‌ترین کاربردهای کامپیوتر های کوانتومی در مواردی است که با اتم‌ها و ملکول‌ها راز و کار داشته باشیم، این کامپیوترها در این زمینه به نیرو بلامنازع تبدیل خواهند شد و می‌توانند در آن یکتا مدل‌های مختلف را شبیه‌سازی کرده و کمک‌ های بسیار زیادی به دانش پزشکی و داروسازی کنند.

پردازش‌ های کوانتومی لغایت چه کران قابل اطمینان هستند؟

یکی از چالش‌ هایی که در حال حاضر پیش‌ روی کامپیوتر های کوانتومی هست، عدم اطمینان به پاسخ آن‌هاست، ساز و پیشه تصحیح خطا در کامپیوتر های کلاسیک به این چهره است که معمولا بیت‌ های اضافه‌ای برای بررسی خطای بیتی و تصحیح آن‌ ها در عقیده گرفته می‌شود، اما این ساز و کار در کامپیوتر های کوانتومی امروزی قابل اجرا نیست.

چرا که برای اضافه کردن بیت‌های تست خطا چیزی نزدیک 2000 کیوبیت باره بیچارگی است، در حالی که در حال حاضر قوی‌ترین کامپیوتر های کوانتومی موجود چیزی در حدود 100 کیوبیت در پردازنده‌های خویش دارند.

هرچند دنیای آی‌تی و فناوری اطلاعات روز به روز در حال گسترش و ترقی است، ولی فعلا یکتا از چالش‌ های پیش‌ روی کامپیوتر های کوانتومی مسئله‌ی عدم اطمینان به نتایج حاصل از پردازش‌های آن‌هاست.

خطرات پردازش‌های کوانتومی

همانطور که گفتیم کامپیوتر های کوانتومی در یک لحظه تمام حالات یک مسئله را در خویش دارند، حال فرض کنید از این نیرو برای شکستن رمزهای عبور و پروتکل‌های رمزنگاری کاربرد شود، چراکه یک رایانه کوانتومی در لحظه تمام رمز های موجود را در خویش دارد، تنها کافیست رمز صحیح در یک لحظه انتخاب شود.

به همین دلیل بسیاری از دولت‌ ها در حال رقابت در این مقوله هستند، در درستی اولین کسی که بتواند به تکنولوژی رایانش کوانتومی دست پیدا کند قادر است تمام پسورد های دانشمند را یافته و از هر قفلی عبور کند.

رمزنگاری حساب‌های کاربری، پروتکل‌های امنیتی شبکه، انتقال داده‌ها و… همه و کل با خطر رو به رو خواهند شد، البته مراکز امنیتی نیز بیکار ننشسته و در حال کوشش برای حل این دشواری ها هستند، آن‌ها سعی می‌کنند سیستم رمزنگاری برپایی کنند که بتواند در برابر کامپیوترهای کوانتومی پایداری کند.

از سوی دیگر به کارگیری قابلیت‌ های کامپیوتر های کوانتومی در هوش مصنوعی نیرو پردازش و تحلیل خارق‌العاده‌ای در برگزیدن ربات‌ ها پیمان می‌دهد، احتمالا در آینده‌ای نه‌ چندان بعید گواه به درستی پیوستن فیلم‌ های علمی تخیلی خواهیم بود، دنیایی که در آن ربات‌های هوشمند با انسان همکاری می‌کنند یا شاید برعلیه انسان‌ها قیام کرده و ما را به عنوان برده‌های خویش به‌کار می‌گیرند…