توضیح کامپیوتر کوانتومی از زبان یک نابلد!

این هم از آن مباحث جدیدی است که تا بخواهی هضم‌اش کنی، به خودت آمده‌ای و متوجه شده‌ای که زمان یادگیری از دست رفته است. گویا کامپیوترهای فعلی دیگر جوابگوی نیازهای محاسباتی دانشمندان نیستند و برای کارهای پیچیده نمی‌توان روی آنها حساب باز کرد. همین شده که دانشمندان به فکر افتاده‌اند تا کامپیوترهای جدیدی به اسم کامپیوتر کوانتومی (Quantum Computer) بسازند.

ویژگی‌های اصلی

یکی از این محدودیت‌ها، محدودیت در ذخیره‌سازی است. موضوعی که باعث می‌شود تا حافظه‌ی کامپیوترهای کلاسیک خیلی زود پر شود. ترانزیستورها به اندازه‌ی کافی کوچک شده‌اند و گویا اندازه‌های نانومتری کوچک‌تر دیگر جوابگوی کار نیست. اما انگار در کامپیوترهای کوانتومی از ساختار کلا متفاوتی برای ذخیره‌سازی داده‌ها استفاده می‌شود که ظرفیت خیلی بیشتری را به همراه می‌آورد.

کامپیوترهای سنتی بر اساس بیت‌ها‌ (bit) کار می‌کنند که هر بیت می‌تواند مقدار یک یا صفر را به خود بگیرد. اما کامپیوترهای کوانتومی بر اساس واحدهای جدیدی به اسم کیوبیت (qubit) کار می‌کنند. منظور از کیوبیت همان کوانتوم بیت یا بیت‌های کوانتومی است. بیت‌های کوانتومی دارای ویژگی‌های خاصی هستند که می‌توانند یک حالت سوم را هم به خود بگیرند؛ یعنی می‌توانند هم صفر باشند و هم یک! موضوع یک مقداری پیچیده است و خودم هم زیاد از آن سر در نیاورده‌ام!

ویژگی‌های اصلی کامپیوترهای کوانتومی

این کامپیوترها انواع مختلفی دارند که در یکی از آنها از مواد ابررسانا استفاده می‌شود. این موارد بسیار ناپایدار هستند و تغییرات دمایی می‌تواند روی عملکرد آنها تاثیر منفی بگذارد. به همین دلیل است که در کامپیوتر کوانتومی آی بی ام شاهد چیزی شبیه به یخچال هستیم. این کامپیوتر تقریبا در صفر مطلق (صفر کلوین) کار می‌کند که برای عملکرد صحیح و کاهش خطای محاسباتی آن ضروری است.

کامپیوترهای کوانتومی با ۳ ویژگی اصلی شناخته می‌شوند:

سوپر پوزیشن (Superposition) که به نوعی معادل همان سوپرپوزیشن فیزیک کوانتوم است. همین مفهوم سوپرپوزیشن است که باعث می‌شود در کیوبیت‌ها در کامپیوترهای کوانتومی بتوانند هم‌زمان هم صفر باشند و هم یک. بستگی دارد که چطور به آنها نگاه کنی و کجا به دام‌شان بیندازی تا چه خروجی‌ای به دست بیاوری. این برداشت خودم است و لزوما حالت درست عملی‌اش نیست.

انتگلمنت (Entaglement) ویژگی دیگری است که در کامپیوترهای کوانتومی وجود دارد. با استفاده از انتگلمنت می‌توانید از روی مقدار یک کیوبیت بفهمید مقدار کیوبیت دیگر چیست. گاهی می‌شود از یک بودن کیوبیت اول به صفر بودن کیوبیت دوم پی برد و گاهی هم می‌توانی نتیجه بگیری که دومی هم مقدار یک دارد. باور کنید توضیح دادن این مفاهیم برای کسی که خودش به تازگی با آنها آشنا شده، کار آسانی نیست.

یک ویژگی اینترفیرنس (Interference) یا تداخل کوانتومی هم در مورد کامپیوترهای کوانتومی مطرح می‌شود که این یکی را اصلا متوجه نشدم. دروغ که نمی‌توان گفت! ولی موشن گرافیک فوق‌العاده کانال یوتوب Kurzgesagt را ببینید تا شاید چیزی دستگیرتان شد.

کجا به دردمان می‌خورند؟

کامپیوترهای کوانتومی در بخش‌های مختلفی کاربرد پیدا می‌کنند. مثلا با استفاده از قدرت آنها می‌توانیم داروهای جدیدی را به دست بیاوریم یا اینکه امنیت را به مرحله‌ی جدیدی ببریم. گویا ضریب امنیت در کامپیوترهای کوانتومی به حدی زیاد است که واقعا نمی‌توان به آنها نفوذ کرد. وقتی درست نمی‌توان مقادیر کیوبیت‌ها را تشخیص داد، طبیعی است که نتوان به آنها نفوذ کرد.

فناوری در دست کیست؟

شرکت آی بی ام یکی از مطرح‌ترین شرکت‌هایی است که در زمینه کامپیوترهای کوانتومی کار می‌کند. یک ویدیو در یوتوب مجله وایرد (‌WIRED) هست که در آن، یکی از مهندسان آی بی ام سعی می‌کند ایده‌ای کامپیوتر کوانتومی را به ۵ قشر سنی مختلف توضیح بدهد. واقعا ایده و ویدیوی جالبی است که توصیه می‌کنم حتما آن را ببینید.

گوگل، مایکروسافت و آی بی ام در حال جلو بردن این شاخه از کامپیوترها هستند. اسامی بزرگی که در این شاخه کار می‌کنند، باعث می‌شود تا متوجه شویم چقدر پیشرفت کردن در این علم مهم است. طبیعی است که بخواهید با خودتان فکر کنید کامپیوترهای کوانتومی قرار است جایگزین کامپیوترهای فعلی شوند؛ ولی قرار نیست چینن اتفاقی بیفتد. یعنی قرار نیست برای ریسایز کردن یک عکس ساده از کامپیوترهای کوانتومی استفاده کنیم. کامپیوترهای فعلی‌تان سر جایشان می‌مانند و کامپیوترهای کوانتومی برای مقاصد پیشرفته‌تر استفاده می‌شوند.

منبع عکس کاور این پست، سایت CNET است.