کامپیوتر کوانتومی (Quantum Computer) چیست؟

کامپیوتر کوانتومی (Quantum Computer) چیست؟

محققان شرکت‌هایی مانند گوگل، اینتل، آی‌بی‌ام، مایکروسافت و دیگر غول‌های تکنولوژی از لحاظ علمی در سازمان‌های خوبی مشغول به کار هستند و همۀ آن‌ها در تلاش برای ساختن کامپیوترهای کوانتومی هستند که از لحاظ تجاری و بازار، قابلیت رشد و ثبات خوبی داشته باشد و بتوان به آن محصول اعتماد کرد. در حقیقت، محققان از مدت‌ها قبل در لابراتوارها مشغول ساخت این نوع کامپیوتر بوده‌اند و ما تنها چند سالی بیشتر فاصله نداریم تا شروع چیزی را مشاهده کنیم که احتمال دارد تمام ذهنیت بشر را نسبت به پردازش و کامپیوتر تغییر دهد.

حتماً می‌دانید 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 و این در حالی است که دولوپرهای این دست سیستم‌ها تنها با نوشتن دستورات شرطی، سوئیچ‌ها و غیره که قادر خواهند بود فرایندهای باینری را مدیریت کنند، می‌توانند نرم‌افزارهای قدرتمندی مانند مایکروسافت آفیس یا حتی یک سیستم‌عامل بسازند! 

کامپیوتر کوانتومی چیست؟
اما برخلاف توضیحی که در بالا داده شد، داستان کامپیوتر کوانتومی (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 هم می‌تواند Yes را شامل شود و هم No را و ماهیتی این چنین طراحی سیستم‌هایی از این دست را پیچیده می‌سازد (در واقع، در کامپیوترهای کوانتومی وقتی یک دولوپر می‌خواهد دست به انتخابی بر اساس منطق بزند، دیگر محدود به دستورهای شرطی مانند if و غیره که در سیستم‌های رایج امروزی می‌بینیم نیست).

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

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

آشنایی با مفهوم Quantum Entanglement (درهم تنیدگی کوانتومی)
وقتی ۲ 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 (عمل شبح‌وار در یک فاصله) نامید که کاملاً هم درست معنی کرده بود. در همین راستا، بخش اصلی و بزرگ تحقیقات مربوط به موضوع کامپیوترهای کوانتومی که در دههٔ 1980 انجام شد این بود که روش استفاده از درهم تنیدگی کوانتومی به نفع انسان صورت گیرد.

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 توانا نیستیم؛ یعنی از بُعد استفاده، دانش و توانایی ما در زمینهٔ کامپیوترهای کوانتومی به مراتب عقب‌تر از کامپیوترهای معمولی هستیم که در آن‌ها استاد شده‌ایم. همچنین باید بر نگرانی‌های فیزیکی و مادی هم غلبه کرد (برای مثال در لابراتوار IBM، پردازنده‌ها باید در میان حرارت صدها درجه، 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 اخیر دانشمندان، برای اولین بار یک تماس ویدئویی اصطلاحاً Space-based توسط رمزنگاری 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 سنتی ارسال فوتون‌ها مانند کابل‌های فیبر نوری قطع سیگنال وجود دارد، تصمیم گرفتند از این روش برای انجام تحقیق استفاده کنند که به دستاورهای فوق‌العاده‌ای هم دست یافتند.

لازم به ذکر است که ارتباطات رمزگذاری شدۀ کوانتومی امکان ندارد که توسط یک کامپیوتر باینری هک شوند. البته ذکر این نکته هم الزامی است که موفقیت در اتمام ساخت یک کامپیوتر کوانتومی مناسب بازار، می‌تواند هشداری برای اتمام نسل سیستم‌های رمزنگاری باینری باشد.

از دید تئوری، کامپیوترهای کوانتومی قادر خواهند بود رمزگذاری ۱۲۸ بیتی 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. برای آشنایی بیشتر با مفهوم بیت‌کوین، به مقالهٔ بیت‌کوین (Bitcoin) چیست؟ مراجعه نمایید).

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

حال نوبت به نظرات شما می‌رسد. علاوه بر مطالبی که در این مقاله بیان شد، چه اطلاعات بیشتری در مورد کامپیوترهای کوانتومی دارید؟ اطلاعات خود در ارتباط با این نوع فناوری را با ما و سایر کاربران سکان آکادمی به اشتراک بگذارید.

منبع


هادی فاخریان