آشنایی با کامپیوترهای کوانتومی (قسمت اول)
یک کامپیوتر کوانتومی ماشینی است که از پدیده ها و قوانین فیزیک کوانتومی برای انجام محاسباتش استفاده می کند. پدیده هایی مانند برهم نهی (Superposition) و درهم تنیدگی (Entanglement).
  • مهرداد تاجدینی
  • 1395/5/16
  • 0
  • 586

یک کامپیوتر کوانتومی ماشینی است که از پدیده ها و قوانین فیزیک کوانتومی برای انجام محاسباتش استفاده می کند. پدیده هایی مانند برهم نهی (Superposition) و درهم تنیدگی (Entanglement).
کامپیوترهای کوانتومی با کامپیوترهای فعلی که با ترانزیستورها کار می کنند تفاوت اساسی دارند. ایده اصلی که در پس کامپیوترهای کوانتومی نهفته است این است که می توان از خواص و قوانین فیزیک کوانتوم برای ذخیره سازی و انجام عملیات روی داده ها استفاده کرد. یک مدل تئوریک و انتزاعی از این ماشین ها، ماشین تورینگ کوانتومی (Quantum Turing Machine) است که کامپیوتر کوانتومی جهانی (Universal Quantum Computer) نیز نامیده می شود.

اگر چه محاسبات کوانتومی تازه در ابتدای راه قرار دارد، اما آزمایش هایی انجام شده که در طی آنها عملیات محاسبات کوانتومی روی تعداد بسیار کمی از کوبیت ها 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 می کنند.
اگر کامپیوترهای کوانتومی در مقیاس بزرگ ساخته شوند، می توانند 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 نمی کنند. کامپیوتر های کوانتومی فقط برای ما سرعت بیشتر را به ارمغان می آورند.

مبانی کامپیترهای کوانتومی
حافظه یک کامپیوتر کلاسیک از بیت (Bit) ساخته شده است، به طوری که هر بیت می تواند یا 0 و یا 1 باشد. یک کامپیوتر کوانتومی یک دنباله از کوبیت ها (Quantom Bits) را نگهداری می کند. یک کوبیت می تواند مقادیر 0 ، 1 یا هر برهم نهی حاصل از این دو را داشته باشد [یعنی هر دو حالت 0 و 1 را به صورت هم زمان داشته باشد، مترجم]. بعلاوه، یک زوج از کوبیت ها می توانند در هر برهم نهی از 4 حالت قرار بگیرند و همینطور 3 کوبیت در هر برهم نهی از 8 حالت. در حالت کلی، یک کامپیوتر کوانتومی با n کوبیت می تواند در هر برهم نهی از 2n حالت به طور هم زمان قرار بگیرد(برخلاف کامپیوترهای کلاسیک که در هر لحظه فقط در یکی از این حالت ها می توانند قرار بگیرند).
یک کامپیوتر کوانتومی با استفاده از یک سری گیت های منطقی کوانتومی (Quantum Logic Gates) می تواند کوبیت ها را دستکاری کند. دنباله ای از گیت هایی که برای این منظور استفاده می شود را یک الگوریتم کوانتومی (Quantum Algorithm) می گویند.
یک مثال برای نحوه پیاده سازی کوبیت ها در کامپیوترهای کوانتومی، استفاده از ذراتی با دو حالت اسپینی بالا و پایین است. که معمولا با علامت های  و  ، یا  و نمایش داده می شوند. اما در واقع هر سیستمی که یک کمیت قابل مشاهده (observable quantity) داشته باشد به طوری که این کمیت با گذشت زمان تغییر نکند و حداقل دو مقدار ویژه (Eigenvalues) پشت سر هم و مجزا داشته باشد، کاندید مناسبی برای پیاده سازی یک کوبیت است. چنین سیستمی جوابگوی نیاز ما است زیرا میتواند به یک سیستم با اسپین 1/2- نگاشت شود.

ادامه دارد...

منبع: سایت ویکی پدیا
مترجم: مهرداد تاجدینی 

مهرداد تاجدینی

مهرداد تاجدینی هستم. فوق لیسانس رشته علوم کامپیوتر و در شرکت رهیاب رایانه گستر به عنوان برنامه نویس مشغول به کار می باشم.

نظرات0
برای ارسال دیدگاه وارد حساب کاربری خود شوید.

ورود به حساب کاربریایجاد حساب کاربری