کامپیوتر کوانتومی چیست؟

رایانه کوانتومی یا کامپیوتر کوانتومی ماشینی است که محاسبات را بر پایه رفتار ذرات در سطح زیر اتمی انجام می دهد. کامپیوترهای کوانتومی میتوانند میلیون ها دستور بیشتری را در کسری از ثانیه (MIPS) نسبت به کامپیوتر های معمولی اجرا کنند.

چنین پیشرفت شگرفی در توانایی پردازش به این علت خواهد بود که بر خلاف کامپیوتر های دودویی(Binary)، در یک کامپیوتر کوانتومی، واحد های داده می توانند در بیشتر از یک حالت در زمان واحد وجود داشته باشند. در واقع می توان گفت که دستگاه به طور هم زمان به چندین فکر مختلف فکر می کند. هر کدام از این فکر ها مستقل از سایرین است اگرچه همه آن ها از یک مجموعه از ذرات نشات گرفته اند.

برای آشنایی بیشتر با نظریه کوانتوم به شما پیشنهاد میکنیم به مطلب زیر مراجعه نمایید:

نظریه کوانتوم

همچنین میتوانید با مراجعه به مقاله زیر با مفهوم و ماهیت کوانتوم بیشتر آشنا شوید:

کوانتوم چیست؟

qubit (کیوبیت)

مهندسین واژه ی  qubit (کیوبیت) را به واحد داده اساسی در کامپیوتر های کوانتومی اختصاص داده اند. یک کیوبیت در واقع یک بیت ( یکی از رقم ها در سیستم دودویی) است که می تواند به طور هم زمان دارای چندین مقدار یا حتی بسیاری مقادیر مختلف باشد.

نظریه اصلی مربوط به کامپیوترهای کوانتومی از نظر عجیب بودن بسیار شبیه به نظریه مکانیک کوانتومی است که در آن این گونه به نظر می رسد که ذرات منفرد در چند مکان مختلف وجود دارند. یکی از راه های ممکن برای درک این که یک کیوبیت چگونه می تواند در چندین حالت مختلف وجود داشته باشد این است که تصور کنیم هر کیوبیت دارای دو یا تعداد بیشتری بُعد است که هر کدام از آن ها می توانند بالا(منطق 1) یا پایین(منطق 0) باشند. در نتیجه اگر یک کیوبیت دارای دو بعد( دو منظر) باشد می تواند به طور همزمان دارای چهار مقدار مستقل(00-01-10-11) باشد. اگر دارای سه بعد باشد 8 حالت ممکن بین 000 و 111 وجود خواهند داشت.

کامپیوتر های کوانتومی در موارد زیر بسیار مفید و پرکاربرد خواهند بود:

• شکستن رمزها
• تحلیل های آماری
• پیدا کردن فاکتور های اعداد بزرگ
• حل مسائل در فیزیک نظری
• حل مسائل بهینه سازی با متغیر های بسیار زیاد

دشواری اصلی ای که مهندسین تحقیق و توسعه با آن برخورد کرده اند این حقیقت است که وادار کردن ذرات به رفتار مناسب برای مدت زمان های طولانی بسیار دشوار است. کوچکترین اغتشاشات نیز باعث می شود تا دستگاه از کارکردن در حالت کوانتومی خارج شده و به حالت “تک-فکری” مشابه کامپیوتر های معمولی بازگردد. میدان های الکترو مغناطیسی ولگرد، حرکت های فیزیکی و یا حتی تغییر بسیار کوچک بار الکتریکی می تواند این فرآیند را مختل کند.