رایانش کوانتومی، گامی دیگر به جلو

دو نفر را تصور کنید که قادرند فارغ از مکانی که در آن قرار گرفته‌اند، بر روی هم تاثیر بگذارند. هم اکنون دانشمندان راهی پیدا کرده‌اند تا بتوانند لرزش مکانیکی را به چنین روشی انتقال دهند، این یافته کمکی بزرگ خواهد بود در راستای رایانش کوانتومی که قدرتی بسیار فراتر از رایانه‌های کنونی را نوید می‌دهد.

در دنیای عجیب و غریب فیزیک کوانتوم، ذرات قادرند به روش‌های جالب و عجیبی رفتار کنند. برای مثال یک ذره قادر است در آن واحد در دو یا چند مکان مختلف وجود داشته باشند و یا دو ذره قادرند تا به صورتی کاملا همزمان بدون توجه به فاصله‌شان از یکدیگر، در ارتباط باهم باشند و از هم تاثیر بپذیرند. انیشتین این ارتباط را به تمسخر رابطه‌ی شبح‌وار می‌نامید، اما امروزه دانشمندان به این ارتباط گره خوردگی کوانتومی می‌گویند.

پژوهش‌های انجام شده تا پیش از این موفق شده بودند تا دو اتم، الکترون و فوتون را به هم گره بزنند، اما اکنون دانشمندان توانسته‌اند این گره خوردگی را به لرزش‌های مکانیکی بیاورند.

به گفته‌ی آقای Tauno Palomaki فیزیکدان دانشگاه کلرادو :

در واقع گره خوردگی عصاره رفتارهای عجیب مکانیک کوانتومی است. چیزی که بیش از همه جالب است این است که ما این رفتار عجیب را به گونه‌ای متفاوت از اتم‌ها یا فتون‌ها ببینیم. لرزش مکانیکی بسیار قابل لمس تر است.

Tauno Palomaki

گروه آقای Palomaki قطعه‌ای آلومینیومی با عرض حدود 15 میکرومتر – حدود یک ششم قطر موی انسان- و تنها 100 نانومتر ضخامت – حدود 1000 برابر نازک تر از موی انسان – ساختند. سپس این قطعه را در دمایی معادل 20 هزارم کلوین یعنی فقط 20 هزارم درجه بالاتر از صفر مطلق نگه داشتند تا از لرزش‌های ناخواسته ناشی از گرما جلوگیری کنند. محققان سپس این قطعه را به مداری الکترومکانیکی متصل کردند که آن را حدود 10 میلیون بار در ثانیه می‌لرزاند. سیگنال الکتریکی باعث شد که لرزش‌های الکتریکی با سیگنال دیگری گره بخورد، در نتیجه لرزش‌ها در ویژگی‌هایی همچون قدرت نواسانات مشابه شدند.

این گره خوردگی، کاربردهای فناورانه دارد و صرفا یک آزمایش علمی نیست. برای مثال در رایانش کوانتومی می‌توان از این گره خوردگی‌ها برای حل مسائل پیچیده‌ای که امروزه قادر به حل آن نیستیم استفاده کرد یا با استفاده از آن به انتقال اطلاعات از محلی به محل دیگر استفاده نمود.

به گفته آقای Palomaki :

اگر کسی بتواند در رایانه‌ها از ویژگی گره خوردگی کوانتومی استفاده کند، قادر خواهد بود مسائل را با سرعتی غیر قابل قیاس با رایانش امروزی حل کند. هم چنین اگر دو نفر با استفاده از گره خوردگی‌ها با یکدیگر ارتباط برقرار کنند، قانون‌های مکانیک کوانتومی تضمین می‌کنند که مکالمه‌ی آن‌ها در برابر هر نفوذگری امن خواهد بود. هر دوی این قابلیت‌ها به توانایی ما برای ایجاد و ذخیره سازی گره خوردگی‌ها بستگی دارد، کاری که نتایج ما آن را ساده کردند.
Palomaki

در واقع قطعه آلومینیومی گره خوردگی کوانتومی را به صورت انرژی لرزشی برای حداقل 10 میکروثانیه ذخیره کرده است. این قابلیت ذخیره سازی در آینده می‌تواند برای ساخت حافظه‌های کوانتومی مورد استفاده قرار بگیرد.

علاوه بر کاربردهای رایانش کوانتومی دانشمندان می‌خواهند بدانند که این مرز تا کجا ادامه دارد؟ فیزیک کوانتومی کجا پایان می‌یابد و فیزیک کلاسیک از کجا آغاز می‌شود؟ در حقیقت یکی از پرسش‌های بنیادین فیزیک امروزی به اینجا بر می‌گردد که آیا مکانیک کوانتومی قادر به توضیح رفتار ذرات در تمامی ابعاد است یا اگر مرزی برای ابعاد وجود دارد این مرز در کجا پایان می‌یابد؟ ابعاد این قطعه‌ی آلومینیومی می‌تواند کمکی باشد برای یافتن پاسخی برای این پرسش.

رایانهٔ کوانتومی ماشینی است که از پدیده‌ها و قوانین مکانیک کوانتوم مانند برهم نهی (Superposition) و درهم تنیدگی (Entanglement) برای انجام محاسباتش استفاده می‌کند. کامپیوترهای کوانتومی با کامپیوترهای فعلی که با ترانزیستورها کار می‌کنند تفاوت اساسی دارند. ایده اصلی که در پس کامپیوترهای کوانتومی نهفته است این است که می‌توان از خواص و قوانین فیزیک کوانتوم برای ذخیره‌سازی و انجام عملیات روی داده‌ها استفاده کرد. یک مدل تئوریک و انتزاعی از این ماشین‌ها، ماشین تورینگ کوانتومی(Quantum Turing Machine) است که کامپیوتر کوانتومی جهانی (Universal Quantum Computer) نیز نامیده می‌شود.

اگر چه محاسبات کوانتومی تازه در ابتدای راه قرار دارد، اما آزمایش‌هایی انجام شده که در طی آنها عملیات محاسبات کوانتومی روی تعداد بسیار کمی از کوبیت‌ها اجرا شده است. تحقیقات نظری و عملی در این زمینه ادامه دارد و بسیاری از موسسات دولتی و نظامی از تحقیقات در زمینه کامپیوترهای کوانتومی چه برای اهداف غیرنظامی و چه برای اهداف امنیتی (مثل تجزیه و تحلیل رمز، Cryptanalysis) حمایت می‌کنند. اگر کامپیوترهای کوانتومی در مقیاس بزرگ ساخته شوند، می‌توانند مسائل خاصی را با سرعت خیلی زیاد حل کنند (برای مثال الگوریتم شُور، Shor's Algorithm). البته باید توجه داشت که توابعی که توسط کامپیوترهای کلاسیک محاسبه پذیر (Computable) نیستند، توسط کامپیوترهای کوانتومی نیز محاسبه پذیر نخواهند بود. این کامپیوترها نظریه چرچ-تورینگ را رد نمی‌کنند. کامپیوترهای کوانتومی فقط برای ما سرعت بیشتر را به ارمغان می‌آورند. بیشتر در ویکی پدیا ...

به نظر شما چه زمانی شاهد رایانش کوانتومی خواهیم بود؟

از سراسر وب

  دیدگاه
کاراکتر باقی مانده

بیشتر بخوانید