دوران محاسبات کوانتومی در راه است!

دنیا وارد عصر تازه ای شده است، دورانی که نسل جدید کامپیوترها که به کامپیوترهای کوانتومی موسوم هستند می توانند زندگی انسانها را متحول کنند.

 

مکانیک کوانتومی شاخه‌ای از فیزیک است که به مطالعه ی پدیده‌ها در درون اتم‌ها می‌پردازد. در سطح کوانتومی، رویدادهای واقعاً عجیب و غریب روی می دهد. به عنوان مثال، ذرات زیراتمی در یک زمان می‌توانند در دو مکان مختلف وجود داشته باشند. پدیده‌ای که تحت عنوان “برهم نهی کوانتومی ” شناخته می‌شود. همچنین در هم تنیدگی کوانتومی هم وجود دارد که جفت‌شدگی این ذرات را نشان می دهد، در این حالت ذرات می‌توانند بی‌درنگ خصوصیات خود را به اشتراک بگذارند، صرف نظر از اینکه چه مقدار بین آنها فاصله فیزیکی وجود دارد.

هالدان که یک زیست‌شناس است می‌گوید: « دنیا آنطوری که ما تصور می‌کنیم عجیب و غریب نیست، بلکه از آنچه می‌توانیم تصور کنیم، غیرعادی‌‌تر است.» ما در دنیایی زندگی می‌کنیم که به‌ راستی هیچ‌کدام از ما نمی‌تواند گوشه‌ای از آن را درک کند. با این حال، فیزیکدانان این همه حقایق عجیب و غریب را به فال نیک می‌گیرند و به دنبال راه‌هایی هستند تا از خصوصیات کوانتومی برای استفاده‌های کاربردی، بهره گیرند. در این مسیر، محققان با دقت به واحدهای ساختمانی اساسی فناوری دیجیتال یعنی عدد دوتایی (یا بیت) که در آن تمام اطلاعات رمزنگاری شده‌اند، توجه نمایند.

در دنیای نیوتنی، یک بیت تنها می‌تواند یکی از دو مقدار صفر یا یک را اتخاذ کند. اما در سطوح کوانتومی، فوق موقعیت به این معنی است که یک بیت (دودوئی) کوانتومی (کوبیت) می‌تواند مقادیر مختلفی ( صفر، یک و یک فوق موقعیت یک و صفر ) به صورت همزمان اختیار کند که بدین معنی است که یک کامپیوتر کوانتومی نسبت به یک کامپیوتر متداول سیلکونی بسیار سریع‌تر است. تاکنون تلاش‌های بسیار زیادی برای ساخت یک کامپیوتر کوانتومی انجام شده است.

نتایج بدست آمده بسیار چالش‌برانگیز و بحث‌انگیز بوده‌اند. به عنوان مثال در یک تست، یک کامپیوتر کوانتومی، مسئله the travelling salesman ( یک تست شناخته شده در محاسبات) را در کمتر از نیم ثانیه حل کرد در حالی که یک کامپیوتر معمولی، سی دقیقه برای حل این مسئله زمان نیاز دارد. به عبارت دیگر کامپیوتر کوانتومی ۳۶۰۰ بار سریع‌تر از کامپیوتر متداول امروزی برای حل این مسئله است.

بسیاری از چالش‌هایی که در دنیای واقعی با آنها مواجه هستیم ( شامل ترجمه زبان در زمان واقعی و شکستن رمزنگاری‌های قدرتمند و غیره) به دلیل نیاز به یک نیروی پردازنده قوی هنوز حل نشده باقی مانده‌اند. اگرچه نسل کامپیوترهای سیلیکونی هنوز به انتها نرسیده است، اما جهان ما با سرعت بسیار زیادی به سمت ترانزیستورهایی پیش می‌رود که می‌توانند بر روی یک تراشه حکاکی شوند. بنابراین نیاز به یک جایگزین شدیداً احساس می‌شود و مشخص شده است که محاسبات کوانتومی بهترین گزینه است.

شرکت گوگل در گزارش آخر هفته خود یک کامپیوتر جدید موسوم به D-Wave systems را معرفی کرده است که توسط یک شرکت کانادایی ساخته شده است و به عنوان اولین کامپیوتر کوانتومی تجاری شناخته می‌شود. عنوان شده که این ماشین در مقایسه با کامپیوترهای متداول دارای سرعت بسیار بیشتری است. این شرکت مدعی شده است که سیستم آنها تا ۱۰۰ میلیون بار سریع‌تر از کامپیوترهای سیلکونی است.

اگر سرعت در چنین مقیاس‌هایی می‌تواند افزایش ‌یابد، پس ما به راستی در آستانه ورود به یک دوران جدید در محاسبات هستیم و مطابق معمول، تمام این خبرها خوشایند نیستند. به عنوان مثال، اگر شما می‌خواستید اطلاعات خود را محرمانه نگه‌داری کنید، بهترین راه رمزنگاری آنها استفاده از کلیدهای طولانی (۱۰۲۴ بیتی) است. با استفاده از ابرکامپیوترهای امروزی هزاران سال طول می‌کشد تا پسورد شکسته شود. اما با استفاده از کامپیوترهای کوانتومی که به میزان ۱۰۰ میلیون بار سریع‌تر هستند، این زمان بسیار کمتر خواهد شد.