کامپیوتر کوانتومی چیست ؟

اگر به تکنولوژی علاقمند باشید، حتما اسم کامپیوتر کوانتومی را شنیده اید. یکی از جذاب ترین اختراعات قرن بیست و یکم که سر و صدای زیادی به پا کرد. در این مطلب به طور کامل به معرفی کامپیوتر کوانتومی به زبان ساده می پردازیم. با پیشرفت تکنولوژی و نیاز های جدیدی که حول این محور ایجاد می شوند، نیاز به سخت افزار های قدرتمندی که توان پردازش بالاتر و دقیق تری داشته باشند حس می شود. اما رفته رفته محدودیت هایی که برای تولید آن ها وجود داشت، باعث شد در های جدیدی به روی تکنولوژی باز شود. این بار علم کوانتوم و کامپیوتر باهمدیگر ترکیب شدند تا محاسبات پیچیده را در کمترین زمان و بالاترین سرعت حل کنند. 

جهت دریافت مشاوره رایگان در مورد انواع کامپیوترها با کارشناسان تعمیرکامپیوتر زودکمک تماس بگیرید.

ساخت کامپیوتر کوانتومی

هرچند ساخت کامپیوتر کوانتومی مدت هاست در دستور کار دانشمندان قرار دارد، اما بحث آن از زمانی داغ شد که گفتند گوگل توانتسه توسط یک دستگاه کامپیوتر کوانتومی، محاسباتی را یک میلیارد بار سریع تر از ابررایانه ی کنونی محاسبه نماید. چنین سازه ای جهان تکنولوژی را دگرگون می کند و مرز های تکنولوژی را جا به جا خواهد کرد. رایانه کوانتومی قدرت بینهایت با ارزش و مهمی را در اختیار بشر قرار می دهد.

زندگی انسان امروزی با تکنولوژی پیوند خورده است و با پیشرفت این ابزار، وابستگی بشر به استفاده از آن هم در حال افزایش است. اگرچه این وابستگی و روند آینده خوبی نخواهد داشت. پیش بینی می شود در صورت پیشرفت سریع تر ابزار تکنولوژی،‌ در سال ۲۰۴۰ زمین یکح خاموشی بزرگ را تجربه می کند.

بسیاری از افرادی که در صنعت کامپیوتر و الکترونیک فعالیت دارند، در تلاش هستند تا با تولید پردازنده های کم مصرف، بهینه و سریع تر، از بروز چنین روندی جلوگیری نمایند. شرکت هایی مانند اینتل و انویدیا از این دست هستند. با این حال در مقابل بسیاری از محققین نیز علاقمند هستند رایانه های کوانتومی را به صورت یک محصول تجاری در سطح گسترده ای تولید کنند. تولید و جایگزین کردن کامپیوتر کوانتومی به جای کامپیوتر های عادی انقلاب بزرگی در پیشرفت خواهد بود. ممکن است از خودتان بپرسید کامپیوتر کوانتومی چگونه کار می کند و چه تفاوتی با نمونه های عادی دارد؟

کامپیوتر کوانتومی چگونه کار می کند؟

همان طور که اشاره شد، یکی از دلایل اهمیت کامپیوتر کوانتومی، کارکرد سریع تر و عملکرد فوق العاده آن است. اما تفاوت آن با کامپیوتر های عادی چیست؟ پاسخ این سوال ساده است، روند محاسبه و فرآیند کار این دو باهم فرق می کند. تمامی کامپیوتر ها و گوشی های هوشمندی که در حال حاضر دردسترس عموم قرار دارند، محاسبات کلاسیک دارند. این محاسبات بر پایه بیت انجام می شوند.

بیت ها در اصل شامل کوچک ترین اجزاء سیستم کامپیوتر ها می شوند. به طور مثال عدد صفر به معنای خاموش و یا یک به معنای روشن، در دستگاه ها یک بیت به حساب می آیند. احتمالا می دانید که تمامی معادلاتی که توسط کامپیوتر ها انجام می شود بر پایه ریاضی است. منظور عملیات چهارگانه ریاضی یا همان ضرب، تقسیم، جمع و منها هستند که روی این بیت ها اعمال می شوند.

محاسبات در کامپیوترهای کوانتومی

مراحل پردازش اطلاعات یا بیت ها و ذخیره سازی آن ها در سیستم در کامپیوتر های عادی، به وسیله یک سوئیچ به اسم ترانزیستور پیش می رود. این بخش مثل بک کلید روشن و خاموش بسیار ساده ست. این قطعه به همراه گیت های منطقی دستگاه، تمامی این عملیات های ریاضی را در قالب سخت افزار انجام می دهند. در نهایت شما نتیجه این عملیات و روند را به اشکال مختلف در سیستم خود می بینید.

محاسبات در کامپیوتر کوانتومی هم با همین سیستم ها پیش می رود. یعتی قوانینی که برای بیت، گیت های منطقی و دیگر اجزاء صدق می کند، در این سیستم هم مورد استفاده قرار می گیرند. اما علاوه بر قوانین رایج در کامپیوتر های معمولی، قواعد ارتباطات کوانتومی هم در محاسبات این کامپیوتر ها حضور دارند. در ساختار این کامپیوتر ها به جای بیت از کیوبیت استفاده می شود. کیوبیت ها، به بیت کوانتومی هم شهرت دارند.

تفاوت کامپیوتر عادی با کامپیوتر کوانتومی چیست؟

واحد پردازش اطلاعات در کامپیوتر کوانتومی کیوبیت می باشد. تفاوت اصلی این دو نیز در همین است. کیوبیت ها عملکرد متفاوتی هم دارند زیرا در آن واحد می توانند هم صفر باشند و هم یک. به همین دلیل می توانند اطلاعات را به شکل همزمان در خود ذخیره کرده و در نتیجه آن ها را به صورت همزمان ویرایش کنند. این قابلیت به کامپیوتر های کوانتومی اجازه می دهد تا محاسبات مختلفی را به صورت موازی باهم و با سرعت بیشتری پیش ببرند. همچنین این دو در موارد دیگری هم باهم متفاوت هستند که در ادامه به آن ها اشاره کرده ایم:

تفاوت سخت افزاری

کامپیوتر کوانتومی از گیت کوانتومی و اتم و ذرات بنیادی به جای ترانزیستور استفاده می شود و پردازش اطلاعات به کمک این سیستم ها انجام می شود. این موضوع سرعت انتقال اطلاعات و محاسبات را بالا می برد.

سرعت پردازش در هر دو یکسان نیست

 همان طور که انتظار می رود، سرعت پردازش اطلاعات کامپیوتر کوانتومی به دلیل ساختار و قطعاتی نظیر گیت های منطقی بسیار بیشتر است. اصلا یکی از اصلی ترین اهداف ساخت کامپیوتر های کوانتومی هم افزایش سرعت پردازش اطلاعات بود.

مصرف انرژی و سازگاری با محیط زیست

 مصرف سوخت کامپیوتر های کوانتومی کمتر از نمونه های عادی است. ابر کامپیوتر هایی که امروزه مورد استفاده قرار می گیرند، بین ۱ تا ۱۰ مگاوات برق مصرف می کنند در حالی که این مقدار برای یک کامپیوتر کوانتومی ۲۰ تا ۳۰ کیلو وات تخمین زده می شود. در نتیجه مصرف انرژی کمتر، به طبیعت هم آسیب کمی می زنند.

آیا کامپیوتر های کوانتومی جای کامپیوتر های عادی را می گیرند؟

شاید بتوان گفت در حال حاضر چنین چیزی امکان پذیر نیست. اگرچه ایده ساخت کامپیوتر کوانتومی تا حد زیادی جواب مثبت داده است اما پیچیدگی هایی که در روند ساخت آن مطرح می شوند، اهمیت دارند. از ابتدا بسیاری از قطعات کامپیوتر ها و وسایل امروزی مانند ترانزیستور ها هم با مشکلاتی مواجه بودند که طی یک مسیر طولانی با پیشرفت تکنولوژی رفع شد.

این موضوع در مورد رایانه کوانتومی هم صادق است. این کامپیوتر ها از قوانین فیزیک کوانتوم استفاده می کنند که روند محاسبات را تسریع می کند. همچنین بسیاری از محدودیت های کامپیوتر های عادی را ندارند. اما ساختار آن به گونه ای است که برای نگهداری از ریزپردازنده ها، باید آن را در دمای صفر مطلق بگذارند و فراهم کردن چنین شرایطی راحت نیست. در نتیجه ساخت و پیاده سازی این دستگاه به زمان بیشتری نیاز دارد.

از طرفی حتی در صورت ساخت به دلیل پیچیدگی های موجود در روند ساخت و قطعات این دستگاه، قیمت کامپیوتر کوانتومی احتمالا در نسخه های اولیه طوری نیست که افراد عادی قادر به خریدن آن باشند. در نتیجه جایگزینی دستگاه های امروزی با این کامپیوتر با سرعت کمتری انجام می شود و ممکن است زمان زیادی نیاز داشته باشد.