رایانه کوانتومی چیست

رایانه کوانتومی
رایانه کوانتومی وسیله‌ای محاسباتی است که از پدیده‌های مکانیک کوانتومی مانند برهمنهش کوانتومی و درهمتنیدگی کوانتومی برای پردازش داده‌ها استفاده می‌کند.
فناوری کوانتومی ابزاری در نسل پنجم رایانه‌ها هستند. رایانش (محاسبه) کوانتومی و ملکولی و نانو به صورت اساسی چهره رایانه‌ها را در سال‌های آتی تغییر خواهد داد.
تاریخچه
دیوید دویچ ، فیزیکدانی از دانشگاه آکسفورد در سال ۱۹۸۵ اولین طرح کامپیوتر کوانتومی را نوشت.
نخستین رایانش کوانتومی توسط پژوهشگران دانشگاه کوئینزلند در سال ۲۰۰۸ انجام شد. این پژوهشگران توانستند عامل‌های اول عدد ۱۵ را محاسبه کنند.
بیت‌ها و کوبیت‌ها
کوبیت مخفف کوانتوم-بیت است. در‌حالی‌که در کامپیوترهای دیجیتال، بیت‌های اطلاعات به صفر و یک محدود می‌شوند، رایانه‌های کوانتومی می‌توانند با مهار قوانین فیزیک کوانتومی از کوبیت‌ها برای پردازش داده‌ها بهره گیرند. کوبیت‌ها برخلاف بیت‌های معمولی می‌توانند در هر زمان بیانگر بیش از یک عدد باشند. کارشناسان رایانه چندین سال پیش دریافتند که نشان دادن همزمان چند مقدار عددی می‌تواند زمان لازم برای حل مسایل عددی را از چند سال به چند دقیقه کاهش دهد ولی تاکنون کسی نتوانسته است بیش از یک مشت کوبیت را در یک لحظه اداره کند. فناوری رایانه کوانتومی هنوز در آغاز راه است.
یک بیت مانند سکه‌ای است که پشت و رو دارد اما یک کیوبیت همانند سکه‌ای است که پشت و رو دارد، اما علاوه بر این دو حالت، می‌تواند همزمان به صورت پشت و رو و یا هر حالت بینابینی قرار بگیرد. این امر برای بیت‌های معمول غیرممکن است، اما یک بیت مي‌تواند در دو حالت، دو بیت در چهار حالت، سه بیت در هشت حالت، و... قرار بگیرند. اندازه حافظه کوانتومی به صورت نمایی با تعداد کیوبیت‌ها افزایش می یابد.
قدرت کوبیت‌ها در محاسبات رایانه‌ای
محاسبات کوانتومی از پدیدهای به نام درهم تنیدگی بهره می‌گیرد. وقتی دو یا چند کوبیت در هم‌تنیده باشند، ویژگی‌های کوانتومی آن‌ها به هم متصل است: دو کوبیت می توانند چنان دستکاری شوند که وقتی اندازه یکی یک باشد، اندازه دیگری باید صفر شود؛ یا ممکن است طوری دستکاری شوند که مجبور باشند مقدار یکسانی داشته باشند. با استفاده از درهم‌تنیدگی و برهم‌نهی، یک کامپیوتر کوانتومی می تواند تعداد بسیار زیادی از محاسبات را به یکباره اجرا کند. تنها با چندصد کوبیت درهم‌تنیده، بازنمایی همزمان اعدادی بیشتر از تعداد اتم‌های موجود در جهان امکان‌پذیر می‌شود.
انواع کوبیت‌ها
پژوهشگران ایده‌های زیادی برای ساخت کامپیوتر کوانتومی دارند و الگوریتم‌های ساده‌ای را بر روی نسخه‌های اولیه آن اجرا کرده‌اند. برخی از سطوح انرژی یون‌های به‌دام‌افتاده در میدان‌های، الکتریکی به عنوان صفر و یک‌های کوانتومی استفاده کرده‌اند. دیگران در پلاریزاسیون فوتون‌ها به دنبال کوبیت‌ها گشته‌اند. اما هنوز برخی دیگر، از اسپین‌های کوانتومی درون مولکول‌های کلروفرم و اسپین‌های الکترون درون نانوکریستال‌ها که به عنوان نقطه‌های کوانتومی شناخته می‌شوند، استفاده می‌کنند. منشا کوبیت‌ها هرچه که باشد، همیشه مشکل یکسانی به میان می‌آید: انجام محاسبات هنگام حفظ کردن درهم‌تنیدگی، به طور باورنکردنی دشوار است.