محاسبات کوانتومی چیست و ما را به کجا می برد؟

محاسبات کوانتومی

طی ماه های گذشته ، موارد زیادی در مورد آن گفته شده است محاسبات کوانتومی، یک فناوری جدید است که بسیاری از کارشناسان از طبقه بندی آن به عنوان آینده رایانه دریغ نمی کنند ، علی رغم این واقعیت که بدون ترس از اشتباه می توان گفت که هنوز در ابتدای راه است ، یعنی ما هنوز باید زمان زیادی را اختصاص دهیم برای تحقیق و توسعه ، ساخت نمونه های اولیه جدید و آزمایشات آزمایشگاهی تا زمانی که واقعاً بتوانیم از آن در سایر انواع محیط ها استفاده کنیم.

علی رغم این ، اگرچه هنوز کارهای زیادی برای انجام وجود دارد ، اما حقیقت این است که بسیاری از شرکت های سطح بالای فناوری هستند که تلاش می کنند بهترین راه را برای شروع بهره بردن به همه آنچه امروز درباره محاسبات کوانتومی می دانیم. به عنوان جزئیات ، به شما بگوییم که در میان شرکت های بزرگی که در این زمینه کار می کنند ، IBM ، Microsoft یا Google را می یابیم ، شرکت دوم و علی رغم اینکه پیچیدگی برای دانستن عملکرد فعلی این فناوری بسیار پیچیده است ، فقط چند ماه پیش اعلام کرد که جدیدترین آن نمونه اولیه ، D-Wave 2X لقب گرفت ، 100 برابر سریعتر از یک رایانه معمولی.

محاسبات کوانتومی چیست؟

محاسبات کوانتومی یک فناوری جدید است که همانطور که گفتیم به نام "جدید" است آینده محاسبات. اولین چیزی که به ویژه در مورد آن قابل توجه است این است که ، در حالی که در حال حاضر با اصطلاحات بیت کار می کنیم ، حداقل یک واحد اطلاعاتی که می تواند فقط دو مقدار (صفر یا یک) در این فن آوری جدید و پیچیده داشته باشد ، ما بر روی آن کار می کنیم به اصطلاح کیوبیت جایی که نه تنها می تواند یک صفر یا یک وجود داشته باشد ، بلکه همچنین ممکن است که همپوشانی یا ترکیبی از هر دو وجود داشته باشد.

برای توضیح کمی بهتر این ، ما باید از فیزیک استفاده کنیم و به طور خاص ، همانطور که برخی از کارشناسان توضیح می دهند ، اصل صرفه جویی در انرژی، که مطمئناً شبیه شما خواهد بود و این توضیح می دهد که انرژی یک سیستم جدا شده همیشه حفظ می شود. آنچه به عنوان مثال این اصل به ما می گوید این است كه اگر می توانستیم سیستمی را طراحی كنیم كه فقط یك لیوان را در آن قرار دهیم ، اصطكاكی در آن وجود ندارد و در حدود 5 دور در ثانیه می چرخد ​​، زیرا هیچ تأثیر خارجی ، همیشه با همان سرعت می چرخد.

تراشه D-Wave

در ادامه مثال ، تصور کنید که در یک لحظه مشخص ، لیوان ما به دو قسمت تقسیم شود. هنوز هیچ تأثیر خارجی وجود ندارد ، بنابراین این سرعت چرخش باید حفظ شود. به این ترتیب ، اگر یکی از دو عینک با 5 دور در ثانیه به چرخش ادامه دهد ، دیگری نمی تواند چرخش داشته باشد زیرا چرخش ها از ناکجاآباد ظاهر می شدند ، اتفاقی که به گفته فیزیک نمی تواند رخ دهد. اساساً ، این اصل به ما می گوید اگر سرعت چرخش یکی از عینک ها را بدانیم ، شما به طور خودکار می فهمید که دیگری چیست ، زیرا در هم آمیخته است.

اگرچه شاید این مثال خیلی خوب نباشد ، امیدوارم که آن را درک کرده باشید ، اما به ما کمک می کند تا بدانیم که ، علی رغم این واقعیت که وضعیت های یک کیوبیت می تواند چندین باشد ، واقعیت این است که دانستن وضعیت یکی به ما کمک می کند تا دقیقاً وضعیت دیگری را بشناسیم، هرچند که دور باشد.

اکنون ، این می تواند کمی پیچیده تر شود ، زیرا ، در مثالی که ارائه دادیم ، می دانیم که یکی از رگهای مورد بحث دارای سرعت چرخش و جهت خاصی است ، چیزی که در دنیای کوانتوم دیگر کاملاً وجود ندارد. دو واحد در این دنیا می توانند دارای چندین سرعت و جهت چرخش سوار بر هم باشند ، آنچه اتفاق می افتد این است که ، در لحظه اندازه گیری سرعت ، جهت را ثابت می کنیم.

فیزیک کوانتوم هنوز هم می تواند بسیار پیچیده تر با همپوشانی دولت، اما واقعیت این است که سطح فیزیک من کمی محدود است ، هرچند که فکر می کنم علی رغم این واقعیت که اگر شما یک فیزیکدان هستید می توانید نادرستی پیدا کنید ، من فکر می کنم این مفهوم برای محاسبه کوانتوم کاملاً روشن است.

وقتی لحظه ای به نظریه فیزیکی پرداختیم ، وقت آن است که با محاسبات کوانتومی و کیوبیت ها ادامه دهیم درک کنید که چرا این فناوری می تواند بسیار قدرتمند باشد. تصور کنید که ما یک کیوبیت داریم ، همانطور که قبلاً اشاره کردیم ، فقط این واقعیت که مثلاً یک چهارم چرخش را می چرخاند ، باعث تغییر چرخش عمودی و افقی آن می شود ، که نتیجه آن این است که با یک کار ورودی ، ما دو نتیجه می گیریم.

اگر با افزودن یک کیوبیت جدید به معادله ، مسئله را کمی بیشتر پیچیده کنیم ، باید بگوییم که هر کدام از حالت های مختلف ، نوسان عمودی و افقی خاص خود و نوسان عمودی و افقی کیوبیت دیگر ، اکنون با چرخاندن یکی از آنها ، یک چهارم چرخش چهار پارامتر اصلاح می شوند ، این بدان معنی است که با یک عملکرد ورودی می توان چهار عملیات را انجام داد.

با افزودن کیوبیت های جدید به این عملیات ، می تواند از نظر عملیاتی که فقط با یک عمل ورود انجام می شود ، رشد نمایی کند. تصور کنید که ما سیستمی دریافت می کنیم که در آن n qubits داریم که n عددی است که شما به طور تصادفی انتخاب می کنید ، همانطور که قبلاً در مورد آن توضیح داده ایم ، یک کیوبیت اطلاعات مربوط به نوسان عمودی و افقی خود و همچنین تمام کیوبیت های سیستم را ذخیره می کند ، بنابراین با تحولی که می توانیم به آن برسیم انجام 2 عملیات بلند کردن.

اگر کمی این تئوری را کنار بگذارید و همه اینها را عملی کنید ، تصور کنید که موفق به ایجاد یک کلید WPA2-PSK برای سیگنال WiFi خود شده اید ، این کلید کاملاً تصادفی و بدون هیچ کلمه واقعی و هیچ برنامه ای در جهان قادر به اجرای آن تولید شده است. حملات دیکشنری می تواند آن را بداند. ظاهراً و به گفته کارشناسان ، با استفاده از رمز 10 کاراکتری ، ممکن است یک رایانه معمولی استفاده کند سالها انجام حملات بی رحمانه. اگر این رایانه به جای اینکه از تجهیزات معمولی باشد ، از محاسبات کوانتومی استفاده کند ، چند ثانیه طول می کشد در یافتن راه حل

رایانه کوانتومی ما را به کجا می برد؟

واقعیت این است که در حال حاضر هیچ کس نمی داند که ما باید از یک فناوری به اندازه این جدید چه انتظاری داشته باشیم ، حتی در این صورت ، شاید بهترین راه برای درک اینکه امروز کجا هستیم این است که سعی کنیم در مورد تمام اخباری که شرکت های بزرگ فناوری دارند صحبت کنیم در ماههای اخیر ارائه شده است. تیمهایی از محققان به طور خستگی ناپذیری در زمینه توسعه و تکامل رایانه کوانتومی هم در سطح سخت افزاری و هم نرم افزاری کار می کنند.

طبق آخرین آثاری که در آن گوگل درباره نوع جدیدی اظهار نظر کرده است ، در این زمینه متوجه می شویم که آنها به معنای واقعی کلمه امیدوارند که در کوتاه مدت به شرکتی با بیشترین ظرفیت از نظر محاسبات کوانتومی تبدیل شوند. چنین موردی وجود دارد که آنها امیدوارند به لطف تکامل D-Wave چشمگیر خود ، که به تازگی یک نسخه جدید دریافت کرده است ، به اولین مرحله در سال 2017 برسند. تراشه شش کیوبیتی.

تراشه

اگر به آخرین نسخه منتشر شده توسط بچه ها از گوگل ادامه دهیم ، متوجه خواهیم شد که این تنها اولین قدم است زیرا ، ظاهرا ، آنها موفق شده اند روش ساخت جدیدی را بسازند که به آنها اجازه دهد ، یا جان مارتینس ، رئیس گوگل اعلام کرده است. گروه تحقیقاتی در مورد محاسبات کوانتومی ، بسیار سریعتر تکامل می یابند. این به آنها امکان می دهد امروز روی طراحی های جدید تراشه های بین 30 تا 50 کیوبیت.

از طرف دیگر ، گوگل فراموش نمی کند که هر چقدر هم که بتوانید قدرت سخت افزاری دریافت کنید ، به یک نیاز دارید نرمافزار در حال حاضر ما به طور قطع نمی دانیم که چگونه می توان زبانی را توسعه داد که بتواند از تمام ویژگیهای این فن آوری بهره ببرد ، اگرچه کم کم همچنین در حال دستیابی به اقدامات جدید در این زمینه است که می تواند بازتاب ویژه ای داشته باشد و در موضوعاتی مانند امنیت ، رمزنگاری یا هوش مصنوعی مورد استفاده قرار گیرد.

اگر Google را کنار بگذاریم ، باید در مورد آن صحبت کنیم آی بی ام، شرکتی که شاید معمولاً با پیشرفت های خود نبرد نمی کند و ممکن است به نظر می رسد کمی "راه خود را" داشته باشد ، اما به لطف ایده گرفتن انواع توسعه دهندگان ، پیشرفت های چشمگیری دارد. گرفتار. ایده او دقیقاً ایده آن است ایجاد یک محل که در آن هر کاربر می تواند تراشه پنج کیوبیتی خود را آزمایش کند.

راجع به مایکروسافت، چند ماه پیش اطلاعاتی در دست ما بود که آنها هنوز در حال درک روش عجیب و غریب خود از محاسبه کوانتوم هستند ، و شرط بندی در مسیری کاملاً متفاوت از راهی که رقبا در این مسابقه عجیب مانند Google یا IBM طی کردند. ایده اصلی کار با محاسبات کوانتومی مقیاس پذیر. برای توسعه این ایده ، این شرکت چندین محقق مشهور را برای توسعه به اصطلاح استخدام کرده بود کیوبیت توپولوژیک، سیستمی که بر اساس درهم آمیختگی ذرات بنام anyones بنا شده است که از نظر فیزیک فقط در دو بعد وجود دارد.

من سرانجام می خواهم به دیدگاهی که در آن دارند پایان دهم اینتل، جایی که آنها مستقیماً در استفاده از ترانزیستورهای سیلیکون برای این فن آوری جدید یا پروژه جالب که به طور مشترک توسط دانشگاه بریستول و شرکت NTT از این طریق آنها موفق به تولید یک تراشه فوتونیک شده اند که می تواند پایه ای برای چند وظیفه در محاسبات کوانتومی باشد. به عنوان جزئیات ، به شما بگوییم که طبق گفته مسئولان ، به لطف استفاده از این تراشه جدید ، مشاغلی که تاکنون یک سال طول می کشید را می توان فقط در چند ساعت اجرا کرد ، چیزی که نشان دهنده درجه پیچیدگی همان و به خصوص قدرت عالی آن

علی رغم این واقعیت که کوچک سازی ، بهینه سازی فرآیند و سایر جنبه ها هنوز در دست کار است تا سال به سال بتواند پیشرفت کند و کامپیوترهای قدرتمندتری ارائه دهد ، واقعیت این است که آینده ، آوردن این فناوری به همه خانه ها است. باید دید آیا گوگل واقعاً موفق به تولید تراشه 50 کیوبیتی تا پایان سال جاری شده است ، اگرچه باید تشخیص دهیم که این دسته از شرکت ها کارشناسان در ساخت فردا آنچه امروز فکر می کنیم غیرممکن است.


محتوای مقاله به اصول ما پیوست اخلاق تحریریه. برای گزارش یک خطا کلیک کنید اینجا.

اولین کسی باشید که نظر

نظر خود را بگذارید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخشهای موردنیاز علامتگذاری شدهاند با *

*

*

  1. مسئول داده ها: میگل آنخل گاتون
  2. هدف از داده ها: کنترل هرزنامه ، مدیریت نظرات.
  3. مشروعیت: رضایت شما
  4. ارتباط داده ها: داده ها به اشخاص ثالث منتقل نمی شوند مگر با تعهد قانونی.
  5. ذخیره سازی داده ها: پایگاه داده به میزبانی شبکه های Occentus (EU)
  6. حقوق: در هر زمان می توانید اطلاعات خود را محدود ، بازیابی و حذف کنید.