كامپیوترهای كوانتومی

كامپیوتری كه روی میز تحریر شما جا خوش كرده, برای كاركردن باید یك مشت صفر و یك را بفهمد و دستكاری كند همه اطلاعات اعم از حروف و اعداد یا وضعیت مودم و موس شما با مجموعه ای از بیت های متشكل از صفرها و یك ها به كامپیوتر داده می شود این بیت های اطلاعات, خیلی ساده همان طوری تعریف می شوند كه فیزیك كلاسیك دنیا را تعریف می كند

كامپیوتری كه روی میز تحریر شما جا خوش كرده، برای كاركردن باید یك مشت صفر و یك را بفهمد و دستكاری كند. همه اطلاعات اعم از حروف و اعداد یا وضعیت مودم و موس شما با مجموعه ای از بیت های متشكل از صفرها و یك ها به كامپیوتر داده می شود. این بیت های اطلاعات، خیلی ساده همان طوری تعریف می شوند كه فیزیك كلاسیك دنیا را تعریف می كند؛ سوئیچ های الكتریكی می توانند روشن یا خاموش باشند، اشیا می توانند اینجا باشند، می توانند هم نباشند! ولی كامپیوترهای كوانتومی با طبیعت دودویی های فیزیك كلاسیك محدود نمی شوند همه اش به این بستگی دارد كه حالت بیت های كوانتومی یا همان كوبیت ها را چطور ببینیم؛ كوبیت ها ممكن است نشانگر یك صفر یا یك یك، تركیبی از این دو یا حتی معرف عددی باشند كه حالت آنها را جایی بین صفر و یك تعیین می كند. با توجه به فیزیك كوانتومی، نمی توان دقیقاً وجود یا عدم وجود یك ذره ریز درون اتمی را مشخص كرد. می توان به وسیله آمار و احتمال، امكان وجود این ذره های ریز را در مكان و زمان مشخصی تعیین كرد، اما هیچ راهی برای دانستن قطعی این كه آیا این ذره آنجا هست یا نه، تا وقتی كه آن را مستقیماً ندیده ایم وجود ندارد. البته آنچه كه در كامپیوترهای كوانتومی با ارزش است همین احتمالات است. این احتمال بودن یا نبودن است كه نبودن یا بودن كامپیوترهای كوانتومی را تعیین می كند.

قدرت زیاد پردازنده های كنونی هنوز نتوانسته تشنگی بشر به سرعت و ظرفیت محاسبات را برطرف كند. در سال ۱۹۴۷ مهندس آمریكایی «هووارد آیكن» گفت كه فقط ۶ كامپیوتر دیجیتال الكترونیكی نیاز محاسباتی تمام ایالت متحده را بر طرف می كند. دیگران هم پیش بینی های مشابهی را درباره میزان قدرت محاسباتی لازم برای برطرف كردن نیاز های تكنولوژیكی روبه رشد انجام دادند. البته «آیكن» حجم زیاد اطلاعاتی كه از تحقیقات علمی ایجاد می شد را به حساب نیاورده بود، گستردگی كامپیوتر ها به عنوان بخشی از زندگی روزمره انسان قرن جدید و ضرورت اینترنت به تنهایی می تواند نیاز بشر به قدرت محاسبات را چند برابر كند. آیا انسان به قدرت مورد نیاز خود برای محاسبه و پردازش اطلاعات دست خواهد یافت؟ اگر همان طور كه «قانون مور» می گوید، تعداد ترانزیستور های موجود در یك ریزپردازنده هر هجده ماه دو برابر شود _ و این روند با همین سرعت ادامه داشته باشد- در سال ۲۰۲۰ یا ۲۰۳۰ مدار های روی ریز پرداز نده ها باید در مقیاسی اتمی اندازه گیری شوند. قدم بعدی كامپیوتر های كوانتومی است. كامپیوتر هایی كه با مهار كردن انرژی اتم ها و مولكول ها، از آنها به عنوان حافظه و پردازنده استفاده خواهند كرد. كامپیوتر های كوانتومی می توانند محاسبات را میلیارد ها برابر سریع تر از هر كامپیوتر سیلیكونی دیگری انجام دهند. دانشمندان پیش از این كامپیوتر های كوانتومی ساده ای كه توانایی انجام محاسبات مشخصی را داشته اند، طراحی كرده اند اما هنوز با یك كامپیوتر كوانتومی كاربردی فاصله زیادی دارند. برای رسیدن به زمان پیدایش ایده كامپیوتر های كوانتومی لازم نیست زیاد به عقب برگردیم. تئوری كامپیوتر های كوانتومی بیست سال بیشتر ندارد. در سال ۱۹۸۱ فیزیكدان آزمایشگاه Argonne National، «پل بنیوف» اولین تئوری كاربرد نظریه كوانتومی در كامپیوتر ها را منتشر كرد. ایده «بنیوف» ایجاد یك ماشین تورینگ كوانتومی بود. اغلب كامپیوتر های دیجیتالی، مثل همین كامپیوتر هایی كه من و شما با آن كار می كنیم، براساس «نظریه تورینگ» طراحی شده اند. ماشین تورینگ كه در سال ۱۹۳۰ توسط «آلن تورینگ» معرفی شد از یك نوار حافظه با طول نامحدود و یك هد خواندن و نوشتن تشكیل شده بود. این نوار حافظه به خانه های كوچكی تقسیم می شد كه هر كدام می توانست حاوی صفر یا یك باشد یا اینكه خالی بماند. دستگاه خواندن و نوشتن با فرمان گرفتن از ماشین می توانست حركت كند، علائم را بخواند یا تغییری در آنها ایجاد كند. این چه ربطی به كامپیوتر های كوانتومی دارد؟ در یك ماشین تورینگ كوانتومی این نوار حافظه و دستگاه خواندن و نوشتن حالت كوانتومی دارد. یعنی اینكه علائم روی نوار می توانند صفر، یك یا مقداری بین صفر و یك باشند. به علاوه ماشین تورینگ فقط یك محاسبه در هر لحظه انجام می دهد، حال آنكه نوع كوانتومی آن می تواند تعداد زیادی محاسبه را در آن واحد به انجام برساند. كامپیوتر های امروزی مثل ماشین تورینگ با دستكاری بیت هایی كه در یكی از دو حالت صفر یا یك هستند كار می كنند. ولی كامپیوتر های كوانتومی به دو حالت محدود نمی شوند.

---