داستان از این قرار است که شرکت‌های بزرگ مانند: گوگل، مایکروسافت، اینتل و ای بی ام پروژه‌های بزرگی را برای ساخت کامپیوترهای کوانتومی استارت زده‌اند. کامپیوتر کوانتومی کامپیوتری است که محاسبات را یک میلیارد بار سریع تر از قوی ترین رایانه هایی که در حال حاضر وجود دارد، انجام دهد. برای آشنایی بیشتر با این فناوری جدید در این مقاله به معرفی ساختار رایانه کوانتومی می‌پردازیم. تلفن همراهی که هر زمان در حال استفاده از آن هستیم یک قدرت پنهان در دستان ماست.
امروزه ساده‌ترین گوشی‌های هوشمند از رایانه های نیم قرن پیش قدرتمندتر هستند. توسعه رایانه‌ها و ابررایانه‌ها به قدری سریع پیش می‌رود که پیش بینی می‌شود تا سال‌های نه چندان دور شاهد تغیییرات بزرگی در این عرصه باشیم. اولین کامپیوترکوانتومی توسط یک شرکت کانادایی به نام D-Wave عرضه شد. و در حال حاضر قوی‌ترین ابر رایانه جهان تحت عنوان «Summit» محصول شرکت آی‌بی‌ام آمریکا است. که حدود ۲۷ هزار پردازنده گرافیکی به همراه ۲۰۰ هزار هسته پردازنده در آن به کار رفته است.
کامپیوتر کوانتومی و دمای نزدیک به صفر
برای استفاده بهینه‌تر از قدرت پردازنده‌های کوانتومی باید دمای محیط نزدیک به صفر مطلق باشد و بنابراین نمی‌توان از این کامپیوترها در خانه و یا محل کار استفاده کرد. در حال حاضر تنها کاربرد این کامپیوترها در آزمایشگاه‌ها و برای انجام تحقیق و پژوهش است. رایانه های کوانتومی به دلیل ویژگی‌هایی که دارند کاربرد بسیاری در برخی از حوزه‌های خاص دارند. این کامپیوترها از سیم‌ها و لوله‌های مسی بسیار بزرگی ساخته شده‌اند که به سبب آن وزن زیادی دارند و برخی آن‌ها را به چلچراغ تشبیه کرده‌اند.
کاربردهای کامپیوتر کوانتومی
کامپیوترهای کوانتومی از پدیده‌های کوانتومی مانند برهم‌نهی و درهم‌تنیدگی برای پردازش اطلاعات استفاده می‌کنند. این امر باعث می‌شود که این کامپیوترها نسبت به کامپیوترهای کلاسیک در برخی از محاسبات بسیار سریع‌تر عمل کنند. برخی از کاربردهای کامپیوترهای کوانتومی عبارتند از:
- شبیه سازی مولکول‌ها و مواد: کامپیوترهای کوانتومی برای شبیه سازی مولکول‌ها و مواد در مقیاس اتمی استفاده می‌شوند. این امر به توسعه داروهای جدید، مواد پیشرفته و فرآیندهای صنعتی جدید کمک خواهد کرد.
- رمزنگاری: کامپیوترهای کوانتومی برای شکستن رمزنگاری‌های کلاسیک کاربرد دارند. البته این ویژگی میتواند امنیت شبکه‌های کامپیوتری را به خطر بیندازد، اما همچنین به ایجاد رمزنگاری‌های جدید و ایمن‌تر کمک می‌کند.
- بهینه سازی: کامپیوترهای کوانتومی برای بهینه سازی هرچه بیشتر طراحی و ساخته شده‌اند. این امر به بهبود طراحی محصولات، فرآیندها و سیستم‌ها کمک می‌کند.
- یادگیری ماشین: کامپیوترهای کوانتومی به بهبود الگوریتم‌های یادگیری ماشین کمک می‌کنند که این امر به نوبه خود به توسعه هوش مصنوعی قوی‌تر کمک خواهد کرد.
امروزه کامپیوترهای کوانتومی هنوز در مراحل اولیه توسعه قرار دارند، اما انتظار می‌رود که در آینده کاربردهای گسترده‌ای در زمینه‌های مختلف پیدا کنند. در ادامه برخی از کاربردهای خاص کامپیوترهای کوانتومی در حوزه‌های مختلف را مشاهده می‌کنید.
- شیمی: طراحی داروهای جدید، کاتالیزورها و مواد پیشرفته
- زیست‌شناسی: مطالعه ساختار و عملکرد پروتئین‌ها، DNA و سایر مولکول‌های زیستی
- فیزیک: مطالعه پدیده‌های کوانتومی مانند ابررسانایی و کوانتوم هولوفونی
- مهندسی: طراحی مدارهای الکترونیکی و سیستم‌های کنترلی جدید
- اقتصاد: مدل سازی بازارها و توسعه استراتژی‌های سرمایه گذاری جدید
تفاوت رایانه های امروزی با کامپیوتر کوانتومی
اساس کار کامپیوترهای امروزی بیت‌های منطقی ۰ و ۱ هستند که از کنار هم قرار گرفتن آن‌ها دستورات مختلف رایانهای پدید آمده است. و پردازنده میتواند روی آن‌ها محاسبات مختلفی انجام دهد. در کامپیوترهای معمولی هر بیت میتواند در لحظه تنها یک مقدار مشخص صفر یا یک داشته باشد (تنها یکی از این مقادیر). در صورتی که کامپیوترهای کوانتومی به دلیل داشتن ویژگی کوانتوم می‌توانند در هر لحظه حالات مختلفی داشته باشند. همین امر سبب وجه تمایز بین دو رایانه معمولی و کوانتومی شده است. آیا این سوال برای شما هم پیش آمد که کوانتوم چیست؟ در ادامه به توضیح مختصری در این رابطه می‌پردازیم.
نظریه کوانتومی بیان می‌کند که هر شی میتواند در لحظه چندین حالت داشته باشد؛ مگر این که به آن‌ها نگاه کنیم. اجسام تنها زمانی که به آن‌ها توجه می‌کنیم ویژگی‌های منطقی دارند. یکی از ویژگی های کامپیوترهای کوانتومی این است که به فضای کمتری برای پردازش نیاز دارند. به عنوان مثال اگر محاسبه‌ای در یک کامپیوتر معمولی حدود 4 ترابایت فضا لازم داشته باشد یک رایانه کوانتومی تنها به 50 کیلوبیت فضا احتیاج دارد. در واقع به دلیل این که کامپیوترهای کوانتومی تمامی راه حل‌های یک مسئله را در آن واحد در خود دارند در زمان کمتری می‌توانیم به پاسخ سوال خود برسیم.
آینده کامپیوتر کوانتومی چگونه خواهد بود؟
آینده کامپیوترهای کوانتومی بسیار امیدوارکننده است. این کامپیوترها می‌توانند مشکلاتی را حل کنند که برای کامپیوترهای کلاسیک غیرممکن یا بسیار دشوار است. به عنوان مثال، کامپیوترهای کوانتومی برای یافتن داروهای جدید، توسعه مواد پیشرفته و طراحی الگوریتم‌های هوش مصنوعی جدید استفاده می‌شوند. در حال حاضر، کامپیوترهای کوانتومی هنوز در مراحل اولیه توسعه هستند. اما پیشرفت‌های سریعی در این زمینه در حال انجام است. انتظار می‌رود که کامپیوترهای کوانتومی در طی چند سال آینده برای کاربردهای تجاری قابل استفاده شوند.
در ادامه برخی از کاربردهای احتمالی کامپیوترهای کوانتومی در آینده را شرح می‌دهیم.
- دارو سازی: کامپیوترهای کوانتومی می‌توانند برای شبیه سازی مولکول‌ها و پروتئین‌ها استفاده شوند. این امر میتواند به توسعه داروهای جدید و درمان‌های موثرتر برای بیماری‌ها کمک کند.
- مواد پیشرفته: کامپیوترهای کوانتومی می‌توانند برای طراحی مواد جدید با خواص منحصر به فرد استفاده شوند. این امر میتواند منجر به پیشرفت‌هایی در زمینه‌هایی مانند انرژی، حمل و نقل و تولید شود.
- هوش مصنوعی: کامپیوترهای کوانتومی برای توسعه الگوریتم‌های هوش مصنوعی جدید که بسیار سریع‌تر و کارآمدتر از الگوریتم‌های فعلی هستند استفاده می‌شوند. این امر منجر به پیشرفت‌هایی در زمینه‌هایی مانند خودران، تشخیص تصویر و ترجمه زبان خواهد شد.
البته کامپیوترهای کوانتومی نیز چالش‌هایی را پیش روی خود دارند. یکی از چالش‌های اصلی، پایداری کیوبیت‌ها است. کیوبیت‌ها می‌توانند به راحتی دچار خطا شوند که میتواند منجر به نتایج نادرست شود. محققان در حال کار بر روی توسعه تکنیک‌های جدید برای کاهش خطاها در کیوبیت‌ها هستند. چالش دیگر، هزینه کامپیوترهای کوانتومی است. کامپیوترهای کوانتومی فعلی بسیار گران هستند. با این حال، انتظار می‌رود که هزینه‌های این کامپیوترها با پیشرفت فناوری کاهش یابد. با وجود این چالش‌ها، آینده کامپیوترهای کوانتومی بسیار روشن است. این کامپیوترها انقلابی در بسیاری از زمینه‌ها ایجاد خواهند کرد.
مشکلات ساخت کامپیوترهای کوانتومی
ایجاد و کنترل دقیق کیوبیت ها و ساخت گیت های کوانتومی پایدار و خطاپذیری زیاد سیستم‌های کوانتومی که از لحاظ فنی «نویز» (Noise) نامیده می‌شود از جمله مشکلات ساخت کامپیوترهای کوانتومی است.
نتیجه گیری
کاملا واضح و آشکار شده است که تکنولوژی ما از انسانیت ما فراتر رفته است.
