رایانه کوانتومی غیرممکن را ممکن می‌کند

چندین سال است که تحقق محاسبات کوانتومی به آینده و دستیابی به فناوری‌های پیشرفته‌تر وعده داده می‌شود. در حال حاضر، محققان در نهایت دقیقا دریافته‌اند که چگونه این توانایی‌های کوانتوم را می‌توان گسترش داد.

تیم‌هایی از شرکت آی‌.بی‌.ام(IBM)، دانشگاه واترلو و دانشگاه فنی مونیخ(TUM) نتایج آزمایش یک محاسبات کوانتومی را منتشر کرده‌اند که ثابت می‌کند محاسبات کوانتومی واقعا "مزیت کوانتومی" دارد.

"مزیت کوانتومی"(quantum advantage) در واقع پتانسیل توانایی محاسبات کوانتومی دستگاه‌ها در حل مسائلی است که رایانه‌های کلاسیک قادر به انجام آنها نیستند.

تحقیقات پیشین نشان داده است که الگوریتم‌هایی وجود دارد که از لحاظ نظری نمی‌تواند بر روی یک سیستم محاسباتی کلاسیک کار کند. این نظریه‌ها تاکنون ثابت نشده بود.

رایانه‌های عادی مطابق با قوانین فیزیک کار می‌کنند. آنها از سیستم دودویی یا باینری(صفر و یک) برای کار استفاده می‌کنند. این اعداد ذخیره و برای محاسبات استفاده می‌شوند.

در واحدهای سنتی حافظه، بیت‌های کوچک با بارهایی معرفی می‌شوند که تعیین می‌کند صفر باشند یا یک.

با این حال، رایانه‌های کوانتومی انعطاف پذیری بیشتری دارند، چرا که آنها کاملا از قوانین فیزیک استاندارد پیروی نمی‌کنند.

رایانه‌های کوانتومی به بیت‌ها اجازه می‌دهند به طور همزمان هم صفر باشند هم یک. فیزیک کوانتومی به الکترون‌ها اجازه می‌دهد تا در یک زمان چندین حالت داشته باشند و کیوبیت‌ها(واحد پایه‌ای پردازش کوانتومی) در حالت‌های همپوشان وجود دارند.

این ویژگی، چندحالتی(superpositioning) نامیده می‌شود و به رایانه‌های کوانتومی اجازه می‌دهد چندین عملیات را آزادانه بر روی مقادیر انجام دهند و با یک رایانه معمولی متفاوت است که باید این عملیات‌ها را به صورت متوالی و نوبتی پردازش کند.

در حالی که دانشمندان علوم رایانه یک درک کلی از این تفاوت‌ها داشتند، مطالعات آی‌.بی‌.ام تایید کرد که چگونه سیستم‌های کوانتومی قدرتمند با رایانه‌های معمولی مقایسه می‌شوند.

محققان با استفاده از یک مدار کوانتومی که یک مسئله جبری خاص را حل می‌کرد، مزایای استفاده از محاسبات کوانتومی را نشان دادند. این مدار ساختاری نسبتا ساده دارد و بنابراین دارای عمق ثابتی بود.

محققان از این مسئله برای اثبات این قضیه استفاده کردند که مسئله جبری آنها از طریق محاسبات کوانتومی سریع‌تر و کارآمدتر از یک مدار کلاسیک حل شد. این تیم متوجه شد که این بهره‌وری از الگوریتم کوانتومی می‌آید که از فیزیک کوانتومی استفاده می‌کند.

"رابرت کونیگ" از دانشگاه مونیخ گفت: نتایج ما نشان می‌دهد که پردازش اطلاعات کوانتومی واقعا مزایای منحصر به فردی را به همراه دارد.

البته هنوز هیچ چیز قابل لمسی از این تحقیق جدید برنیامده است. با این حال، بدان معنی است که فیزیکدانان متوجه شده‌اند که محاسبات کوانتومی چگونه می‌توانند به حل برخی از پیچیده‌ترین مسائل ریاضی و فیزیک جهان کمک کنند و انقلابی در این زمینه ایجاد کنند.

اثبات مزیت کوانتومی می‌تواند به راه حل‌های محاسباتی کوانتومی کارآمد و ارزان منجر شود.

تیم تحقیقاتی آی‌.بی‌.ام توضیح داد: ریاضیات نهفته در محاسبات کوانتومی برای ساخت دستگاه‌های کوانتومی مهم است. تحقق ابزار کوانتومی نیازمند پیشرفت‌های علمی در همه سطوح است.

پژوهشگران می‌گویند در حالی که اثرات مزیت کوانتومی ممکن است هنوز احساس نشود، اما آنها قطعا به زودی به کار می‌آیند و کاربردهای بسیاری خواهند داشت.

منبع:ایسنا و به نقل از آی‌بی‌ام