امیرحسین حیدرزاده
فهرست عنوان‌ها
تاثیر فیزیک کوانتوم در زندگی انسان را نمی‌توانیم نادیده بگیریم. این شاخه از علم بود که لیزر و ترانزیستور را به زندگی ما آورد. لیزر و ترانزیستور یک عضو مهم از فناوری‌های مختلف به حساب می‌آیند.
به عبارتی ما امروز مکانیک کوانتوم را در عمل لمس می‌کنیم. حالا در نظر داشته باشید که اول راه را پشت سر گذاشته‌ایم. این صنعت به انقلابی بزرگ در محاسبات فکر می‌کند.
دانشمندان از کشورهای مختلف تلاش می‌کنند تا قدرت واقعی کوانتوم را به کار بگیرند. محاسبات کوانتومی می‌تواند در زمینه امنیت، مراقبت بهداشتی، انرژی و حتی دنیای سرگرمی به کار گرفته شود.
برای ورود به این دنیای پر رمز و راز، روکیدا را همراهی می‌کنید؟
1. کوانتوم در برابر رایانه‌های کلاسیک
کوانتوم، حداقل روی کاغذ نتیجه تلاش دانشمندان 100 سال پیش به حساب می‌آید. یک قرن قبل انسان به این نوع محاسبات فکر می‌کرد. ویژگی مهم ذرات کوانتوم، عدم اطمینان است.
ما متوجه شدیم که عدم اطمینان یک سلاح قدرتمند برای کشف توانایی‌های کوانتوم حساب می‌شود. همانطور که تعاریف علمی می‌گویند، شناختن هر کدام از خصوصیات ذرات کوانتومی غیر ممکن است.
نکته: ذرات کوانتوم برابر با الکترون یا فوتون در نظر گرفته شده. برای مثال: به کارکرد GPS توجه کنید. این دستگاه سرعت، مکان و جهت شما را برای رسیدن به مقصد مورد نظر را پیش بینی می‌کند.
در همین حال، یک GPS کوانتومی، نمی‌توانید تمام خصوصیات (جهت، سرعت و مکان) را برای یک ذره کوانتوم مشخص کند. چراکه قوانین کوانتوم اجازه این کار را به ما نمی‌دهد.
در زبان کلاسیک ما با قطعیت صحبت می‌کنیم. قطعی بودن یک موضوع در فیزیک کوانتوم معنی ندارد. چراکه نمی‌توانیم خصوصیات ذرات را به شکل “قطعی” بیان کنیم.
سپس احتمالات اضافه می‌شود. ما با احتمال در مورد سرعت، موقعیت و جهت ذرات صحبت می‌کنیم. این خصوصیات را نمی‌توانیم در قالب یک مقدار مشخص روی کاغذ داشته باشیم.
ماهیت ذرات کوانتومی این امکان را ایجاد می‌کند که هر چیزی و همه چیز در هر لحظه‌ای از زمان اتفاق بیافتد. در محاسبات رایانه ما 0 و 1 داریم. هر 0 و 1 به معنی بیت است.
در محاسبات کوانتومی، 0 و 1 نیز با محاسبات کلاسیک تفاوت دارد. 0 و 1 در این نوع محاسبات در هر لحظه از زمان قرار می‌گیرند. یعنی به ویژگی‌های یک بیت، زمان نیز اضافه می‌شود.
کار بسیار سخت می‌شود. در نظر بگیریم که 0 و 1 به خاموش و روشن شدن سوییچ و مدارها در لحظه‌‌های مختلف ارتباط دارد. به همین دلیل پیدا کردن وضعیت دقیق آن‌ها، منطقی به نظر نمی‌رسد.
منظور از وضعیت دقیق، روشن یا خاموش بودن است. این که ما وضعیت دقیق را ندانیم، باعث اشتباه در محاسبه می‌شود. از طرفی محاسبات در دنیای کوانتوم با عدم قطعیت گره خورده است.
در این دنیای محاسبات “بر هم نهی” یا “انطباق” 0 و 1 ایراد حساب نمی‌شود. این ویژگی نکته مثبت ماجرا است. این ویژگی پردازش سریع‌تر اطلاعات را ممکن می‌کند.
در کنار پردازش سریع‌تر، ارتباطات نیز سریع‌تر خواهد بود.
2. در اوج محاسبات کوانتومی
یک اصل را همیشه به یاد داشته باشید: نوشتن دقیق اطلاعات ذره‌های کوانتومی غیر ممکن است. از دیدگاه امنیت کپی کردن دقیق از اطلاعات کوانتومی غیر ممکن حساب می‌شود.
یعنی اگر هکر بخواهد یک کلید کوانتومی را تکرار کند، ناموفق خواهد بود. نکته جالب این است که حتی اگر هکر به رایانه کوانتومی دسترسی داشته باشد، باز هم کار به جایی نمی‌رسد.
این نوع رمزگذاری نتیجه قوانین فیزیک است. این نوع رمزگذاری را انسان با مجموعه ریاضیات نساخته. یک رمزگذاری ریاضی، هر مقدار که پیچیده باشد، به کمک یک رایانه قدرتمند شکسته می‌شود.
برای این که یک رمزگذاری کوانتومی را بشکنید، باید قوانین فیزیک را شکست بدهید. کار آسانی نیست. تقریبا غیر ممکن خواهد بود. یک کلید از دنیای فیزیک را چطور کپی کنیم؟
رمزگذاری کوانتومی با تکنیک امروز تفاوت زیادی دارد. رایانه‌های کوانتومی نیز با دنیای امروز تفاوت بسیار زیادی خواهند داشت. آنقدر زیاد که برای مثال آن به دوران گاو آهن باز می‌گردیم.
یک کشاورز سنتی را تصور کنید که با گاو آهن زمین خود را شخم می‌زند. کشاورز امروز با تراکتور، با کمترین خستگی چند برابر کشاورز سنتی کار انجام می‌دهد.
قوی‌ترین رایانه‌های امروز برابر با گاو آهن است. تراکتور حکم پردازش کوانتومی را دارد. البته که باید بگوییم تفاوت از این مثال بیش‌تر خواهد بود.
یک رایانه کوانتومی از ماهیت فیزیک برای انجام محاسبات و پردازش اطلاعات استفاده می‌کند. روش آن بسیار منحصر به فرد است. این روند کارها را با سرعت بسیار زیادی به سرانجام می‌رساند.
در کنار این مورد، درهای جدیدی را به روی ما باز می‌کند. مانند: اینترنت و حمل و نقل کوانتومی.
3. امروز می‌توانیم از یک رایانه کوانتومی استفاده کنیم؟
رایانه‌های کوانتومی برای کاربرد سازمانی، کاربرد دولتی و تحقیقات دانشگاهی به کار گرفته می‌شود. این گروه از رایانه‌ها برای حل مشکلاتی وارد میدان می‌شوند که برای رایانه‌های امروزی غیر ممکن است.
یکی از کاربردهای قابل توجه، تولید دارو به حساب می‌آید. جایی که می‌توانیم مواد شیمیایی و مولکول‌های یک پارچه را شبیه سازی و تجزیه و تحلیل کنیم. مولکول‌ها نیز بر اساس قوانین فیزیک عمل می‌کنند.
همان قوانین که رایانه‌های کوانتومی بر اساس آن ساخته شده‌اند. از طرفی شبیه سازی به دست رایانه کوانتومی به معنی واقعی ممکن خواهد شد. چراکه پردازش روند شبیه سازی برای رایانه‌های امروزی واقعاً سنگین است.
بشر امروز مشکلات زیادی دارد. مشکلاتی پیچیده که حل کردن آن‌ها از عهده رایانه‌های امروزی بر نمی‌آید. برای حل آن مشکلات باید با سرعت جست و جو کنیم.
از جست و جو اطلاعاتی به دست می‌آید که باید مرتب شود. برای مثال: موارد مربوط به آب و هوا، مسائل بهداشت و دارو، بانکداری و مالی تا بهینه سازی تدارکات و جریان ترافیک.
رایانه‌های کوانتومی الگوها را به زیبایی تشخیص می‌دهند. برای مثال: یادگیری ماشین، سوار بر رایانه‌های امروز مشکلات زیادی دارد. رایانه‌های کوانتومی این مشکلات را پیدا می‌کنند.
شاید بپرسید: تشخیص و پیش بینی آب و هوا چه اهمیتی دارد؟ ارزش مالی پیش بینی آب و هوا بسیار زیاد است. آب هوا از کشاورزی جدا نمی‌شود. پیش بینی یک طوفان یا خشک سالی می‌تواند چندین میلیارد دلار ارزش داشته باشد.
4. آماده شدن برای رقابت کوانتومی
رقابت برای پادشاهی در دنیای کوانتوم در مرکز توجه قرار دارد. شرکت‌های گوگل، آمازون، مایکروسافت، آی بی ام و دیگر غول‌های فناوری در این زمینه سرمایه گذاری سنگین داشته‌اند.
سازمان‌های دولتی نیز با تمام توان وارد این بازار شده‌اند. یک شبکه ارتباط جهانی با استفاده از کلیدهای کوانتومی سوار بر ماهواره‌ها قبلا اجرا شده است.
ما فکر می‌کنیم روند ارتباطات کوانتومی، آینده را تشکیل می‌دهد. هدف شرکت‌های خصوصی و دولتی توسعه سخت افزار و نرم افزار برای عصر جدید است.
آیا می‌توانیم رایانه‌های کوانتومی را در جیب خود داشته باشیم؟ این سوالی است که شرکت‌ها میلیاردها دلار برای جواب آن هزینه می‌کنند.
یک تیم از کشور چین، رایانه کوانتومی ساخته‌اند که مجموعه‌ای از محاسبات پیچیده را در 60 دقیقه انجام داد. با استفاده از رایانه‌های امروزی، برای حل آن به 8 سال زمان نیاز داریم.
این که بتوانیم کار 8 سال را در 60 دقیقه انجام بدهیم، فراتر از رویا است. شما فکر کنید یک محاسبه را برای بررسی به رایانه می‌سپارید، این کار 8 سال زمان نیاز دارد.
اگر محاسبه شما ایرادی داشته باشد، 8 سال زمان از دست می‌رود. این که همان کار در 60 دقیقه انجام شود یعنی پیشرفت روی دور تند قرار خواهد گرفت.
نقطه عطف پیشرفت محاسبات کوانتومی در سال 2019 بود. جایی که گوگل از کیوبیت‌ها برای انجام محاسبات متداول استفاده کرد. در سال 2020 یک تیم چینی از کیوبیت‌های فوتونی کمک گرفت.
امروز و در سال 2021 یک تیم چینی دیگر، باز هم گوگل را پشت سر گذاشتند. البته گوگل نیز از همان سال اخبار جدیدی منتشر نکرد. ما واقعاً نمی‌دانیم در آزمایشگاه گوگل چه می‌گذرد.
یک مقاله از چین در مجموعه ArXiv منتشر شد. تیم تحقیقات یافته‌های جالبی داشتند. آن‌ها از کیوبیت‌های ابر رسانا روی پردازنده کوانتومی مخصوص خود استفاده کردند.
نام آن پردازنده “زوچونگی” بود. در نهایت آن‌ها توانستند 56 کیوبیت را برای حل یک مشکل محاسباتی کنترل کنند. هدف آن‌ها بررسی قدرت یک رایانه کوانتومی بود.
در آغوش عدم اطمینان
پنج سال گذشته روی دور تند پیشرفت کردیم. برای طرفداران فناوری 5 سال گذشته بسیار هیجان انگیز بوده است. بر اساس گزارش روزنامه کوانتوم دیلی، انتظار داریم تا سال 2030 ارزش این بازار به چند میلیارد دلار برسد.
تا قبل از رسیدن به استفاده عمومی، مشکلات زیادی وجود دارد که باید حل شود. از طرفی تمام این مشکلات روشنایی آینده را تاریک نمی‌کنند.
می‌توانیم دو کیوبیت را به یکدیگر قفل کنیم. در این حالت که هر کیوبیت به صورت جداگانه نا مشخص باقی بماند. حال اگر به شکل یک واحد آن را نگاه کنیم، شباهت دارند.
هر دو می‌توانند یک یا صفر باشند. این مساله غیر قابل پیش بینی بودن هر کوانتوم و اطمینان ترکیبی ” در هم تنیدگی” نام دارد. ابزاری مفید که بیش‌تر الگوریتم‌های محاسبات کوانتومی امروز، از آن استفاده می‌کنند.
شما در مورد آینده رایانه و محاسبات چطور فکر می‌کنید؟ آیا در آینده‌ای نزدیک رایانه‌های امروزی ما از محاسبات کوانتومی استفاده خواهند کرد؟
برای نگاه به آینده از دنبال کردن روکیدا دست بر ندارید.
منبع: makeuseof.com
