مشخصات رايانه کوانتومي
نوع جديدي از ماشينهاي محاسبهگر که توانايي
ارايه فناوريهاي سطح بالاي مشکل و پيچيده هوش مصنوعي مانند يادگيري
ماشين2 و تشخيص خصوصيات طرح و نقشه را دارند. اگر نگاهي دقيقتر داشته
باشيم، درمييابيم که همه اينها نيازمند راهحلي است که رياضيدانان آن را
«مسايل دشوار بهينهسازي» مينامند. حل سختترين مسائل علمي مستلزم داشتن
مزارعي چنان عظيم و گسترده از سرورهاست که هرگز قادر به ساخت آنها نخواهيم
بود. تنها يک نوع جديدي از اين ماشينها که رايانه کوانتومي نام دارد قادر
است دراين زمينه به کمک ما بيايد.
اين رايانهها با بهرهبردن از قوانين فيزيک
کوانتومي توانايي و کارآمديهاي محاسباتي لازم را فراهم ميآورند. در
حاليکه مکانيک کوانتومي، که براي صدها سال شالوده و پايه و اساس نظريات
تئوري فيزيکي بوده است، تصويري که از واقعيت آن ترسيم نموده هنوز در طي
قرون بهصورت معمايي باقي مانده است. اين امر عمدتا به اين دليل است که
مقياس تاثيرات آزمايشها و تجربيات روزمره کوانتومي ما، ناپيدا و نامحسوس
و در حدي نزديک به رقم صفر هستند و نميتوانند بهصورت مستقيم مورد مشاهده
قرارگيرند. در اين بين رايانههاي کوانتومي هستند که ما را با تواناييها
و قابليتهاي خود شگفتزده ميسازند.
1- فناوري پردازندههاي کوانتومي C4 Chimera Chip
اولين رايانه کوانتومي، دربردارنده پردازندهاي
16کيوبيتي بود که توانايي 64000محاسبه همزمان در مقياس کوانتوم را داشت.
اين رايانه 16کيوبيتي عملا قادر به محاسبات ساده رايانهاي است که کمي
قدرتمندتر از رايانههاي خانگي معمولي هستند.
هر کيوبيت واحد سنجش رايانه کوانتومي و همارز و
معادل واحد بيت رايانه است (کيوبيت بيشتر = پردازش و داده بيشتر).
کيوبيتها واحدهاي بيت کوانتومي هستند که به اقتضاي شکل و فيزيک پرزدار
سطح اتم ميتوانند وضعيت خاموش، روشن و يا هر دو وضعيت را با هم داشته
باشند، و بهترين کاري که تاکنون در اين مورد صورت گرفته است، گرفتن و در
کنار هم قراردادن هر سه کوانتوم جهت انجام محاسبات رايانهاي است.
براي کدگذاريها و پنهانسازي دادهاي رايانههاي
کوانتومي با قابليتي در سطح هزاران کيوبيت لازم است که چنين کارهايي را که
رايانههاي موجود کنوني قادر به انجام آنها نيستند را اجرا کند. در
نمونههاي پيشين محققان اتمها را با ليزر بمباران ميکردند و از تمهيدات
ديگري نيز بهره ميبردند تا ذرات را به جنبش و هيجان درآورده و به وضعيت
کوانتوم فازي3 برسانند. در اين زمان، موسسه ديويو موفق شده است تا آن را
با استفاده از اصل مهارتي بهنام محاسبات فيزيک عايق حرارتي کوانتومي ساخت
تراشه4 با ساخت پردازشگر C4 Chimera Chip عملي سازد.
از نظر سختافزاري، اين پردازندههاي پيشرفته
بهوسيله جفتکردن مغناتيسي حلقههاي تابيده ابررسانه که کيوبيتهاي
rf-squid fluxناميده ميشوند، به الگوريتم يا محاسبه عددي فيزيک عايق
حرارتي کوانتوم واقعيت بخشيده است. اين طراحي موجب محقق شدن چيزي است که
مدل آيزينگ5 نام دارد و خود معرف سادهترين مدل براي يک سيستم چند بدنه
داراي اثر متقابل6 است و ميتواند با روشهاي اثبات شده ساخت تراشه به
مرحله توليد صنعتي برسد.
2- فناوري RITD
محققان دانشگاه ايالتي اوهايو در امريکا به روشي
دست يافتهاند که به سبب آن قادر به ساختن دستگاه کوانتومي بهنام ديود
تونلي نوار مدفون تشديد شده7 يا RITD شدهاند. که از يک اصل مهارتي توليد
تراشه بهنام تبخير بيوضعيت يا فاقد موقعيت8 بهره بردهاند که امروزه
عموما جهت توليد تراشههاي سنتي بهكار ميرود.
معايب سيستم محاسباتي رايانهاي کوانتومي
* توليد گرما و مساله خنککردن
دانشمندان در گذشته در مورد ساخت مدل 1000 کيوبيتي
آن شک و ترديد داشتند. زيرا بر اين عقيده بودند که روش و فناوري فيزيک
عايق گرما9 که توسط شرکت ديويو در سرمايش مدارهاي الکترونيکي در وضعيت
ابررسانا، بهکار برده ميشود موجب ميشود تا کيوبيتها به آهستگي در
ميدان مغناتيسي، حالتها و اشکال متنوع و گوناگوني را به خود بگيرند، که
ممکن است باعث شود قادر نباشند تا در آن مقياس وسيع سرعت خود را حفظ کنند.
* مساله امنيت
دانشمندان همچنين عقيده داشتند که محاسبات
رايانهاي کوانتومي، با ايجاد شکاف و رخنه در ترتيب و برنامه رمزنويسي و
پنهاننگاري با فراهم آوردن مقدار نامحدودي از منابع پردازشکننده بهصورت
همزمان، امنيت جاري رايانهاي را منسوخ و غيرمتداول خواهد کرد.
موارد کاربرد و نتيجه گيري
روش توليد تراشه RTID
اگرچه خود دستگاه هنوز نياز بيشتري به تکامل يافتن
دارد، اما RTID ميتواند براي توليد تراشههاي رايانه مافوق يا فرا
کممصرف10 بهکار برده شود که قادرند با مقادير کمي از ولتاژ برق عمل کرده
و گرماي اضافي کمتري توليد کنند. اين فناوري دستيابي به روش ساخت
دستگاههاي تصويربرداري مافوق تفکيکپذيري بالا11 را امکانپذير ساخته که
ميتواند در محدودهاي ماوراي طولموجهاي قابل ديد براي چشم انسان عمل
کند که امكان انجام بسياري از کارها، از تصويربرداري پيشرفته پزشکي گرفته
تا ايجاد قدرت ديد فوقالعاده جهت داشتن ديد خوب در شرايط بد طوفانهاي
همراه باران،کولاک برف، مه، شن و گردوخاک شديد را فراهم ميکند.
* گوگل و رايانههاي کوانتومي
گوگل و موسسه ديويو طي 3سال گذشته با هم به
همکاري پرداختهاند تا با توسعه دادن به رايانههاي کوانتومي و با قدرتمند
کردن موتورهاي جستجوي اينترنتي، تصاوير ثابت در پايگاه داده متشکل از
تصاوير، ويدويوها و فايلهاي pdf گوگل، توسط اين رايانههاي کوانتومي،
تحولي را در اين زمينه در موتورهاي جستجوي تصاوير بوجود آورند.
* روياي هکرها و مسوولان امنيت
بيتهاي داده درون رايانههاي موجود، در حاليکه
حرکتهاي قدم مانندي را بهصورت (اگر: صفر – آنگاه: يك) اجرا ميکنند،
دائما با حرکتي ضربهاي بين صفر و يک در رفتوآمد هستند، اما فيزيک
کوانتومي به ذراتي مانند اتمها، الکترونها و پروتونها اجازه ميدهد تا
بتوانند در آن واحد، در دو مکان حضور داشته باشند. اين به آن معناست که
آنها بهصورتي همزمان نماينده صفر و يك بوده و هر دو را با هم به نمايش
ميگذارند. اين امر به آنها اجازه ميدهد تا قادر به انجام محاسبات
پيچيدهتري باشند. محققان معتقدند که با درهم آميختن اين بيتهاي کوانتومي
يا کيوبيتها، قادرند تا دستوراتي را که در حال حاضر دور از دسترس هستند،
اجرا كنند.
* هواشناسي
مسلم است که رايانه کوانتومي بيدرنگ براي فعاليت
در امر تجزيه و تحليل نقشههاي جريانات آب و هوايي و تغيير فصل نيز به
خدمت گرفته خواهد شد. بنابراين ما قادر خواهيم بود وضعيت هوا را دقيقا و
بدون هيچ اشتباهي در چنين ساعت و روزي در سال آينده پيشبيني کنيم.
پينوشت
1. Qubit
2. Machine Learning
3. Fuzzy quantum state
4. Adiabatic quantum computing
5. Ising
6. Interacting many-body system
7. Resonant Interband Tunneling Diode
8. Vapor desposition
9. Superconducting
10. Ultra low power computer chips
11. Ultra high resolution imaging devices
منابع
http://googleresearch.blogspot.com
http://www.scientificamerican.com
http://news.techworld.com
http://www.engadget.com
جواد ودودزاده
