کامپیوتر کوانتومی (Quantum Computer) چیست؟

کامپیوتر کوانتومی (Quantum Computer) چیست؟

محققان شرکت‌هایی مانند گوگل، اینتل، آی‌بی‌ام، مایکروسافت و دیگر غول‌های فناوری در تلاش برای ساخت نسل جدید کامپیوترها هستند و چند سالی که در لابراتوارها به تحقیق و توسعه در این حوزه می‌پردازند و به نظر می‌رسد که تنها چند سالی بیشتر با تجاری شدن این فناوری فاصله نداشته و در آینده‌ای نه چندان دور چیزی را مشاهده کنیم که احتمال دارد ذهنیت بشر را نسبت به پردازش و کامپیوتر تغییر دهد.

نیاز به توضیح نیست که یک کامپیوتر معمولی، مانند گوشی یا لپ‌تاپی که شما با آن در حال خواندن این مقاله هستید، یک سیستم باینری (دودویی) یا در اصل یک سیستم پردازشی Yes/No است اما برخلاف توضیحی که در بالا داده شد، داستان Quantum Computer کاملاً فرق دارد و به این دلیل آن‌ را کوانتومی می‌نامیم که از منطق باینری پیروی نمی‌کند!

در واقع، کامپیوتر کوانتومی نه تنها یک سیستم Yes/No است، بلکه در آنِ واحد هم می‌تواند Yes را شامل شود و هم No را و ماهیتی اینچنین طراحی سیستم‌هایی از این دست را پیچیده می‌سازد (در واقع، در کامپیوترهای کوانتومی وقتی که دولوپر بخواهد دست به انتخابی بر اساس منطق بزند، دیگر محدود به دستورهای شرطی نیست که در توسعهٔ سیستم‌های نرم‌افزاری رایج امروزی می‌بینیم.)

در ارتباط با کامپیوترهای معمولی،‌ مشکل اینجا است که کامپیوترهای باینری آن‌ طوری که می‌خواهیم مسائل را حل نمی‌کنند و برای این مورد مثال‌های زیادی را می‌توان ذکر کرد. مثلاً وقتی از این نوع کامپیوترها خواسته می‌شود مسئله‌ای را حل کنند که هر جواب آن به یک اندازه احتمال داشته باشد، منطق کامپیوتری برای ارزیابی احتمال هر جواب زمان جداگانه‌ای نیاز دارد در حالی که کامپیوترهای کوانتومی توسط مفهومی به نام Quantum Entanglement می‌توانند در آنِ واحد چندین احتمال را بررسی کنند.

آشنایی با مفهوم Quantum Entanglement
وقتی دو ذره درهم تنیده می‌شوند، پدیده‌ای به وجود می‌آید که در آن اگر هر اتفاقی برای یکی از این ذرات بیفتد، برای ذره دیگر هم همان اتفاق رخ خواهد داد که انیشتین این پدیده را Spooky Action At A Distance نامید. در همین راستا، بخش اصلی و بزرگ تحقیقات مربوط به موضوع فیریک کوانتومی که در دههٔ 1980 انجام شد بر این اصل استوار است که استفاده از Quantum Entanglement (درهم‌تنیدگی کوانتومی) خیلی از مشکلات لاینحل امروزی را رفع خواهد کرد.

با اینکه خود تکنولوژی کوانتومی در حال حاضر موجود است، اما چالش‌های بسیاری وجود دارد تا اینکه بتوان این تکنولوژی را به‌ صورت کامل پیاده‌سازی و اجرا کرد. اول اینکه ما هنوز به قدر کافی در استفاده از کامپیوترهای کوانتومی تجربه نداریم به این معنی که از نقطه نظر کاربرد، دانش و توانایی ما در زمینهٔ استفاده از کامپیوترهای کوانتومی به مراتب عقب‌تر از کامپیوترهای معمولی است مضاف بر اینکه باید بر نگرانی‌های فیزیکی و مادی هم غلبه کرد (برای مثال، پردازنده‌ها باید در گرمای شدید، در دمای صفر مطلق نگاه‌داری شوند و این یک چالش بزرگ است.)

اما از طرفی با اینکه مشکلات باورنکردنی بر سر راه وجود دارند، آینده و چشم‌انداز کاملاً روشن است. برای مثال، در دستاوردهای دانشمندان چینی، برای اولین بار یک تماس ویدئویی اصطلاحاً Space-based توسط فناوری کوانتومی رمزگذاری شد. این تماس ویدئویی بین یک دانشمند چینی در پکن و یک دانشمند اتریشی در وین برقرار شد که فاصلهٔ بین آن‌ها بیش از ۶۵۰۰ کیلومتر بود. این ارتباط ابتدا به یک ماهواره در فضا فرستاده شد و سپس به زمین برگشت. در واقع، دانشمندان به دلیل اینکه در روش‌های سُنتی ارسال فوتون‌ها مانند کابل‌های فیبر نوری قطع سیگنال وجود دارد، تصمیم گرفتند از این روش برای انجام چنین تحقیقی استفاده کنند که به دستاورهای فوق‌العاده‌ای هم نائل شدند.

نیاز به توضیح است که ارتباطات رمزگذاری‌شدۀ کوانتومی امکان ندارد که توسط یک کامپیوتر باینری هک شوند اما در عین حال ذکر این نکته هم الزامی است که موفقیت در ساخت یک کامپیوتر کوانتومی مناسب بازار می‌تواند هشداری برای اتمام نسل سیستم‌های رمزنگاری باینری باشد. از دید تئوریک، کامپیوترهای کوانتومی قادر خواهند بود رمزگذاری 128Bit مرسوم در سیستم‌های باینری را فوراً کرک کنند و این توانایی عجیب می‌تواند به منزلهٔ پایان عمر کامپیوترهای مرسوم امروزی باشد (به طور مثال، برخی بر این باورند که با آمدن کامپیوترهای کوانتومی، کریپتوکارنسی‌هایی همچون بیتکوین با مشکلات جدی مواجه خواهند شد.)

نتیجه‌گیری
شاید بهترین راه برای اینکه بتوان مقایسهٔ دقیقی بین کامپیوترهای کوانتومی و کامپیوتر مرسوم باینری انجام داد این باشد که قابلیت‌های آیفون X را با ساعت‌مچی‌های قدیمی که ماشین ‌حساب‌ داشتند مقایسه کرد!

آنچه مسلم است اینکه در آینده‌ای نه چندان دور شاهد اینترنت کوانتومی هم خواهیم بود و شاهد این ادعا هم دستاورهای محققان چینی در فیلد ارتباطات کوانتومی است که توانسته‌اند گام‌های فوق‌العاده‌ای بردارند. در واقع، اینترنت کوانتومی قابل‌هک نخواهد بود زیرا دیگر خبری از انتقال دیتا به شکل مرسومی که می‌شناسیم نیست (البته طبیعتاً خطرات و آسیب‌پذیری‌هایی کماکان وجود خواهد داشت اما به هر حال امنیت این موضوع هم توسط هوش مصنوعی تأمین خواهد شد.)

منبع