با رشد سریع تکنولوژی شاهد طراحی و ساخت نسل‌های جدید از رایانه‌ها هستیم. کمپانی Science switch از نخستین کامپیوتر کوانتومی قابل حمل در دنیا رونمایی کرد. این محصول در سه مدل مختلف وارد بازار شده است. این دستگاه‌ها با بهره بردن از تکنولوژی‌های جدید و به روز دنیا برای اهداف آموزشی و طراحی ساخته شده‌اند. هدف از توسعه این دستگاه‌ها، گسترش تکنولوژی‌های کوانتومی برای حل مسائل سنگین علمی خواهد بود. این سه مدل کامپیوتر کوانتوم تنها جنبه دست گرمی برای فناوری‌های کوانتومی را دارند و توان پردازشی آن‌ها در مقایسه با قدرت واقعی رایانه‌های قدرتمند کوانتومی چندان قابل ملاحظه نیست!
تعریف کامپیوتر کوانتومی
ویژگی‌های اصلی کامپیوترهای معمولی نظیر بیت، الگوریتم، گیت‌های منطقی به طور مشابه در کامپیوترهای کوانتومی نیز وجود دارند. اصلی‌ترین جز یک کامپیوتر کوانتومی، در واقع واحد پردازش اطلاعات، بیت کوانتومی یا کیوبیت است. کامیپوتر کوانتومی ماشینی است که از پدیده‌ها و قوانین مکانیک کوانتوم مانند: برهم نهی (Superposition) و درهم تنیدگی (Entanglement) برای رایانش استفاده می‌کند. رایانه‌های کوانتومی با رایانه‌های فعلی که با ترانزیستورها کار می‌کنند تفاوت اساسی دارند. نظر اساسی که در پس رایانه‌های کوانتومی نهفته است این است که می‌توان از خواص و قوانین فیزیک کوانتوم برای ذخیره سازی اطلاعات و انجام عملیات روی داده‌ها استفاده کرد.
انواع کامپیوتر کوانتومی قابل حمل
سه محصول جدید معرفی شده توسط Science switch به ترتیب: Gemini mini و Gemini و Triangulum نام دارند و سطوح مختلف پیچیدگی و طراحی را ارائه می‌کنند. با این وجود هر سه آن‌ها از سیستم پردازش کوانتومی یکپارچه بهره میبرند.
کامپیوتر کوانتومی مدل Gemini mini
اولین مدل از کامپیوترهای قابل حمل مدل Gemini mini است که دارای ابعاد 200 در 350 در 260 میلی‌متری است که جزو محصول بیسیک این کمپانی محسوب می‌شود. این لپ‌تاپ دو کیوبیتی 14 کیلوگرم وزن داشته و کار مورد نظر را در کمتر از 20 میلی ثانیه انجام می‌دهد. به گفته شرکت سازنده، Gemini Mini می‌تواند بیش از 30 عملیات گیت را در یک کیوبیت انجام دهد و بیش از ده عملیات را در هنگام استفاده از یک مدار دو کیوبیتی اجرا کند. دیگر مشخصات آن شامل: نمایشگر یکپارچه، مصرف برق 60 وات و پشتیبانی از 18 الگوریتم نمایشی می‌شود که شامل مستندات و موارد آموزشی است.
کامپیوتر کوانتومی مدل Gemini
نسخه اصلی کامپیوتر کوانتومی Gemini، صفحه نمایش یکپارچه ندارد اما تعداد کیوبیت‌های آن از مدل Gemini mini بیشتر است. ظاهرا شرکت Spinq این مدل را برای کاربران حرفه‌ای‌تر طراحی کرده است. که از نظر قیمت هم گران‌تر از مدل Gemini mini است. این مدل کامپیوتر کوانتومی در محفظه‌ای شبیه به رایانه‌های Alienware شرکت Dell در اندازه 530 در 280 در 600 میلی‌متر تولید می‌شود. مصرف انرژی کامپیوتر کوانتومی Gemini 100 وات است و 44 کیلوگرم وزن دارد.
کامپیوتر کوانتومی مدل Triangulum
سومین کامپیوتر کوانتومی قابل حمل به نام Triangulum گران ترین مدل می‌باشد. این مدل در شاسی 40 کیلوگرمی خود، دارای سه کیوبیت اسپین NMR با زمان انسجام بیش از 40 میلی ثانیه است. از نظر عملکرد، Triangulum می‌تواند تنها 40 عملیات عمق گیت را در یک کیوبیت و حداکثر تا 8 عمق گیت را برای عملیاتهای دو یا سه کیوبیتی انجام دهد. بنابراین از نسخه اصلی Gemini ضعیف‌تر است. تنها دلیل گران بودن این دستگاه، کیوبیت اضافی و افزایش زمان انسجام آن است. از این سیستم جدید می‌توان از انواع مختلف کیوبیت استفاده کرد که قابلیت‌های پردازش کوانتومی متعددی را در اختیار کاربران قرار می‌دهد.
ایده اصلی برای تولید و ساخت کامپیوتر کوانتومی قابل حمل چیست؟
ایده اساسی که در پس کامپیوترهای کوانتومی نهفته می‌باشد این است که می‌توان از خواص و قوانین فیزیک کوانتوم برای ذخیره سازی و انجام عملیات روی داده‌ها استفاده کرد. مهم‌ترین مزیت استفاده از رایانه‌های کوانتومی این است که توان پردازش و سرعت بالایی برای انجام محاسبات دارند زیرا می‌توانند پیچیده‌ترین مسائل ریاضی را با سرعت خیلی زیادی حل کنند. کامپیوتر کوانتومی مزایای فوق العاده‌ای دارد که می‌تواند در امور مالی، امور نظامی، هوش مصنوعی و جستجو کلان داده‌ها بسیار برتر از کامپیوترهای حال حاضر عمل کند. در واقع کامپیوترهای کوانتومی پنجره‌ای به سوی دنیای جدید از تکنولوژی می‌باشند.
شرکت‌های توسعه دهنده کامپیوتر کوانتومی
با ورود کامپیوترهای کوانتومی به بازار تغییرات بسیار بزرگی ایجاد خواهد شد. به همین دلیل شرکت‌های بسیار بزرگی تمایل به فعالیت و توسعه آن دارند. که نام این شرکت‌ها عبارتند از: Microsoft ,IBM ,Google ,Intel ,Alibaba ,Mitsubishi ,SK ,HP ,Raytheon Amgen و…
دانشگاه‌ها، آزمایشگاه‌های ملی و شرکت‌هایی مانند: گوگل، مایکروسافت و اینتل هم اکنون به دنبال ساخت و توسعه کامپیوترهای کوانتومی هستند. این شرکت‌ها و موسسات که تاکنون توانسته‌اند، کامپیوترهای کوانتومی با پردازنده‌های ۲۰ کوبیتی (یا بالاتر) توسعه دهند و به طور همزمان کامپیوترهای کوانتوم را با کامپیوترهای کلاسیک شبیه سازی کنند. اما حدود ۵۰ کوبیت محدود محسوب می‌شود. شرکت IBM به تازگی، کامپیوتر کوانتومی قابل حمل 56 کوبیتی را توسعه داده است، چیزی که در یک کامپیوتر سنتی به ۴.۵ ترابایت حافظه برای پردازش نیاز دارد.
هر شرکتی روش نسبتا متفاوت خود را برای ساخت و توسعه دستگاه‌های ابررسانا دارد. رابرت سوتور، مدیر ارشد بخش توسعه و تحقیق شرکت IBM می‌گوید که این شرکت با یک برنامه‌ی بلند مدت امیدوار است که کامپیوترهای قابل حمل بسازد که روزی بتواند از طریق سرویس‌های ابری به کامیپوترهای کلاسیک متصل شود.
شرکت های پیشرو در تولید کامپیوترهای کوانتومی
شرکت اینتل هم اکتبر سال گذشته با رونمایی از کامپیوتر کوانتومی قابل حمل 17 کوبیتی خود وارد عرصه رقابت محاسبات کوانتومی شد. مایکروسافت هم هدف مشابه بلند مدتی برای ساخت کامپیوتر کوانتومی دارد. شایعات فراوانی وجود دارد که ادعا می‌کنند، گوگل هم قرار است یک کامپیوتر کوانتومی 49 یا 50 کیوبیتی را آزمایش کند. برتری کوانتومی به این معناست که یک الگوریتم جداگانه همیشه می‌تواند موجب برتری و حل مسائلی شود که کامپیوترهای کلاسیک قادر به حل آن نیستند.
به نظر می‌رسد شرکت‌های مختلف هدف‌های بلند مدتی را برای توسعه و ساخت کامپیوترهای کوانتومی برنامه ریزی کرده‌اند؛ اما در این میان، گوگل هنوز اظهار نظر واضحی در مورد ساخت یک رایانه کوانتومی نکرده است. در حالی که به نظر می‌رسد، سال 2022، سال رونق محاسبات کوانتومی است، اما اینطور نیست و در عوض اکثر محققان بر این باورند که هنوز سال‌ها تا آزمایش موفق یک رایانه کوانتومی کاربردی فاصله داریم.
نحوه عملکرد کامپیوترهای کوانتومی
به‌طور کلی، رایانش کوانتومی از سه رویکرد اصلی مکانیک کوانتومی به منظور انجام پردازش‌های سنگین استفاده می‌کند. برهم نهی کوانتومی (Superposition of Quantum)، تونل زنی کوانتومی (Quantum Tunneling) و درهم تنیدگی کوانتومی (Quantum Entanglement) این سه مفهوم اصلی مکانیک کوانتوم به‌شمار می‌روند که امروزه در دنیای محاسبات کوانتومی به شکل عملی از آن‌ها استفاده می‌شود.
برهم‌نهی کوانتومی اشاره به این موضوع دارد که یک کوبیت در یک لحظه می‌تواند دو مقدار صفر یا یک را به خود اختصاص داده باشد. این رویکرد درست در نقطه مقابل منطق دودویی قرار دارد. تونل‌زنی کوانتومی به معنای انتقال اطلاعات از یک کوبیت به کوبیت دیگر است. این انتقال در شرایطی رخ می‌دهد که داده‌ها در هیچ فضای واسط دیگری قرار نداشته باشند.
نتیجه گیری
اولین کامپیوتر کوانتومی قابل حمل برای آموزش طراحی شده‌اند. در نتیجه عرضه همین محصولات می‌تواند نوید بخش لپ تاپ‌ها و موبایل‌ها کوانتومی پیشرفته و بسیار قدرتمند در آینده نزدیک باشند. کامپیوترهای کوانتومی با استفاده از قوانین فیزیک کوانتوم در پاسخ به رفع یک مشکل بزرگ در محاسبات ساخته شدند.
