شرکت حوزه فناوری اقدام به ساخت رایانه‌های کوانتومی کرده است، اما این مدل‌های اولیه هنوز برتری کوانتومی را که پیشی گرفتن از ابرایانه‌های معمولی است، نشان نمی‌دهد. «دنیل لیدار» فیزیکدان آمریکایی در یک گزارش جدید توضیح داد که برتری کوانتومی چگونه جهان را تغییر خواهد داد.
به گزارش ایسنا و به نقل از فست کمپانی، «برتری کوانتومی» (Quantum avantazh) در حال حاضر یک نقطه عطف است که حوزه محاسبات کوانتومی به شدت با آن سر و کار دارد. یک رایانه کوانتومی می‌تواند مشکلاتی را حل کند که از توان قوی‌ترین رایانه‌های غیرکوانتومی یا کلاسیک خارج شود.
کوانتوم به اتم‌ها و مولکول‌ها اشاره می‌کند. در این قانون، قوانین فیزیک شکسته می‌شوند و مجموعه‌ای متفاوت از قوانین غیرمعمول اعمال می‌گردند. رایانه های کوانتومی از این رفتارهای عجیب برای حل مشکلات استفاده می کنند.
مسائل گوناگونی مانند شکستن الگوریتم‌های رمزگذاری پیشرفته وجود دارند که آنها را برای رایانه‌های کلاسیک عملی حل می‌کنند. پژوهش‌های انجام‌شده در دهه‌های اخیر نشان داده‌اند که رایانه‌های کوانتومی، برخی از این مشکلات را حل می‌کنند. اگر بتوان یک رایانه کوانتومی ساخت که یکی از این مشکلات را حل کند، برتری کوانتومی ثابت خواهد شد.
«دنیل لیدار» (دانیل لیدار) فیزیکدان و استاد مهندسی «دانشگاه کالیفرنیای جنوبی» (USC) است که پردازش اطلاعات کوانتومی و کنترل سیستم‌های کوانتومی را می‌کند. او باور دارد که این مرز نوآوری در علم و فناوری نه تنها نویدبخش پیشرفت‌های پیشگامانه در محاسبات است، بلکه باعث افزایش پیشرفت‌های فناوری اطلاعات می‌شود.
لیدار در این گزارش توضیح داد که چگونه برتری کوانتومی می‌تواند جهان را تغییر دهد.
منبع قدرت محاسبات کوانتومی
مرکز محاسبات کوانتومی، بیت کوانتومی یا کیوبیت است. کی بیت‌هاییک که فقط می‌توانند در حالت‌های صفر یا کلاسیک باشند، در هر حالتی از ترکیب صفر و یک باشند، می‌توانند. این حالت که فقط یک و نه فقط صفر است، به عنوان «برهم‌نهی کوانتومی» می‌شود. با هر کیوبیت اضافه، تعداد حالتهایی که می‌توان با کیوبیت‌ها نشان داد دو برابر می‌شود.
این ویژگی با منبع قدرت محاسبات کوانتومی اشتباه گرفته می‌شود و در عوض، به یک فعل و انفعال پیچیده از برهم‌نهی، تداخل و درهمتنیدگی می‌رسد.
تداخل شامل دستکاری کیوبیت‌ها به گونه‌ای است که حالت‌های آنها در طول محاسبات ایجاد می‌شود، برای ایجاد راه‌حل‌های درست و مخرب برای سرکوب پاسخ‌های اشتباه می‌شوند. تداخل سازنده زمانی اتفاق می‌افتد که قله‌های دو مانند صوتی یا اقیانوسی، برای ایجاد یک قله بالاتر با هم ترکیب شوند. تداخلرب زمانی اتفاق می‌افتد که یک قله و یک فرورفتگی موج با هم ترکیب می‌شوند و مخفیانه را خنثی می‌کنند. الگوریتم‌های کوانتومی که آنها را کم و سخت می‌کنند، دنباله‌ای از الگوهای تداخلی را تنظیم می‌کنند که پاسخ درست را به یک چیز می‌دهند.
درهمتنیدگی، یک همبستگی کوانتومی یک به‌فرد را بین کیوبیت‌ها ایجاد می‌کند که در آن، حالت یکی را نمی‌توان از بقیه توصیف کرد. مهم نیست کیوبیت‌ها چقدر از هم دور باشند. این همان چیزی است که «آلبرت اینشتین» آن را «کنش ترسناک از راه دور» نامید. رفتار جمعی درهمتنیدگی که با استفاده از یک رایانه کوانتومی تنظیم می‌شود، سرعت محاسباتی را افزایش می‌دهد که می‌تواند از رایانه‌های کلاسیک خارج شود.
کاربرد محاسبات کوانتومی
محاسبات کوانتومی، از کاربردهای احتمالی استفاده می‌کند که می‌توان از رایانه‌های کلاسیک بهتر استفاده کرد. در رمزنگاری، رایانه های کوانتومی هم یک فرصت و هم یک چالش هستند. معروف‌تر از همه اینهاست که پتانسیل رمزگشایی الگوریتم‌های رمزی مانند «آراس‌ای» (RSA) را دارند.
یکی از پیام‌های این امر است که پروتکل‌های رمزگذاری امروز باید دوباره مهندسی شوند تا در برابر حرکات کوانتومی آینده مقاوم باشند. این شناخت به شکل‌گیری حوزه روبه‌رشد «رمزنگاری پساکوانتوم» ایجاد شده است. پس از یک فناوری ملی، «موسسه و استانداردهای آمریکا» (NIST) چهار الگوریتم مقاوم در برابر کوانتوم را انتخاب کرده و آماده‌سازی الگوریتم‌ها را آغاز کرده‌اند تا سازمان‌های سراسر جهان را از آنها در فناوری رمزگذاری خود استفاده کنند.
علاوه بر این، محاسبات کوانتومی می‌تواند شبیه‌سازی کوانتومی را به‌طور چشمگیری افزایش دهد. شبیه‌سازی کوانتومی، پیش‌بینی نتیجه آزمایش‌هایی است که در قلمرو کوانتوم عمل می‌کنند. «ریچارد فاینمن»(ریچارد فاینمن) فیزیکدان مشهور آمریکایی، بیش از ۴۰ سال پیش این امکان را به تصویر کشید. ساخت کوانتومی، پتانسیل پیشرفت‌های قابل‌توجهی را در علم شیمی و مواد ارائه‌شده می‌دهد و در زمینه‌هایی مانند مدل‌سازی ساختار ساختارهای مولکولی برای کشف دارو و امکان کشف یا ایجاد مواد با خواص جدید کمک می‌کند.
یکی دیگر از کاربردهای فناوری اطلاعات کوانتومی، سنجش کوانتومی است. سنجش کوانتومی، به تشخیص و بررسی خواص عناصر مانند انرژی الکترومغناطیسی، گرانش، فشار و دما با جزییات و توجه بیشتر به تجهیزات گفته می‌شود. سنجش کوانتومی، کاربردهای بی‌شماری را در زمینه‌هایی مانند بررسی محیطی، اکتشافات زمین‌شناسی، تصویربرداری پزشکی و نظارت دارد.
ابتکاراتی مانند توسعه اینترنت کوانتومی که رایانه‌های کوانتومی را به هم مرتبط می‌کند، گام‌های مهمی در جهت ایجاد پل ارتباطی بین دنیای محاسبات کوانتومی و کلاسیک هستند. این شبکه را می‌توان با استفاده از پروتکل‌های رمزنگاری کوانتومی مانند «توزیع کلید کوانتومی» (QKD) ایمان‌سازی کرد که کانال‌های ارتباطی فوق‌العاده ایمان را فعال می‌سازند تا در برابر حرکات محاسباتی محافظت شوند.
با وجود وجود داشتن یک مجموعه کاربردی روبه‌رشد برای محاسبات کوانتومی، توسعه الگوریتم‌های جدید که از برتری کوانتومی به طور کامل استفاده می‌شود، یک حوزه حیاتی از پژوهش‌های در حال انجام است.
منسجم ماندن و غلبه کردن بر خطاها
حوزه محاسبات کوانتومی با تمرکز قابل توجه در توسعه سخت‌افزار و نرم‌افزار روبرو است. رایانه های کوانتومی نسبت به هر گونه ناخواسته با محیط خود بسیار حساس هستند. این امر به پدیده ناپیوستگی می‌شود که در آن، کیوبیت‌ها به سرعت در حالت صفر یا یک بیت‌های کلاسیک تنزل می‌یابند.
ساختن سیستم‌های محاسبات کوانتومی در بزرگی که قادر به ایجاد افزایش سرعت کوانتومی هستند، نیازمند غلبه بر عدم پیوستگی هستند. راه‌حل کلیدی، توسعه روش‌های بررسی برای سرکوب و تصحیح خطاهای کوانتومی است و تحقیقات دنیل لیدار روی همین حوزه‌های استان‌شده‌اند.
در بررسی این چالش‌ها، استارت‌آپ‌افزاری و نرم‌افزاری کوانتومی متعددی در کنار غول‌های فناوری مانند «گوگل» و «آی‌بی‌ام» (IBM) ظهور کرده‌اند. این صنعتی با سرمایه‌گذاری قابل توجه دولت‌های سراسر جهان، برای شناخت جمعی در مورد پتانسیل تحول‌آفرین فناوری کوانتومی همراه می‌کند. این ابتکارات، یک اکوسیستم غنی را تقویت می‌کنند که در آن دانشگاه و صنعت با همکاری یکدیگر، در این زمینه به سرعت می‌بخشند.
برتری کوانتومی در حال نشان دادن خود است
محاسبات کوانتومی ممکن است روزی به ورود «هوش مصنوعی مولد» مخرب باشند. در حال حاضر، توسعه فناوری محاسبات کوانتومی در یک مقطع حیاتی قرار دارد. این حوزه اول نشانه های اولیه دسته بندی به یک برتری کوانتومی تخصصی را نشان داده است. پژوهشگران گوگل و سپس گروهی از پژوهشگران چین، برتری کوانتومی را برای تولید فهرستی از اعداد تصادفی با ویژگی های خاص نشان می دهد. گروه پژوهشی لیدار نیز سرعت کوانتومی را برای یک بازی حدس زدن اعداد تصادفی نشان داد.
از سوی دیگر، در صورتی که نتایج عملی در کوتاه‌مدت محقق نشوند، خطر ملموسی را برای ورود به «زمستان کوانتومی» به همراه خواهد داشت که یک دوره از کاهش سرمایه‌گذاری است.
در حالی که صنعت برای ارائه بهترین کوانتومی در محصولات و خدمات در کوتاه‌مدت تلاش می‌کند، پژوهش‌های آکادمیک همچنان بر اساس بررسی اصول زیربنای این مفاهیم هستند. این پژوهش‌های بنیادی مستمر که مشتاقانه توسط دانشجویان جدید و باهوش انجام می‌شوند، تضمین می‌کنند که این حوزه به پیشرفت خود ادامه خواهد داد.
انتهای پیام