آموزش دی وی دی |مجله آموزشی مقالات آموزشی, ترفندهای آموزشی

رایانه های کوانتمی تازه گوگل

رایانه های کوانتمی با کارایی بهتر درمقایسه با رایانه های معمولی
 

چکیده
رایانه کوانتمی تازه گوگل امکان دارد یکی از بهترین انواع این نوع از کامپیوترها در جهان باشد. مهندسین در حال بررسی ترکیب دو تکنولوژی کوانتمی اصلی هستند.

تعداد کلمات: ۱۱۸۶ کلمه / تخمین لحظه مطالعه: ۶ دقیقه

نویسنده: چارلز کیو چوی
مترجم: حبیب الله علیخانی


رایانه های کوانتمی تازه گوگل

امروزه دانشمندان گوگل و همکاران آنها ماشینی را پیشرفت داده اند که دو شیوه اصلی محاسبه ی کوانتمی ترکیب شده است. این کار باعث می شود تا به دانشمندان برای ایجاد رایانه های کوانتمی با کارایی بهتر درمقایسه با رایانه های معمولی، کمک کند.

همزمان با اینکه رایانه های دیجیتال بیان کننده ی داده ها به روش صفر و یک می باشند (یعنی سیستم دو دویی) و در آنها ترانزیستورها حالت روشن و خاموش دارند، رایانه های کوانتمی از بیت های کوانتمی و یا کیوبیت هایی استفاده می کنند که در یک لحظه می توانند حالت روشن و خاموش داشته باشند. این موضوع باعث می شود تا این بخش ها توانایی انجام دو محاسبه را در یک لحظه داشته باشند. تعداد پردازش در رایانه های کوانتمی می تواند به روش اکسپوننسیالی با تعداد کیوبیت ها مرتبط باشد. در حقیقت دو کیوبیت اجازه ی انجام four محاسبه ی همزمان را مقدور می سازد، سه کیوبیت امکان انجام eight محاسبه و four کیوبیت اجازه ی انجام ۱۶ محاسبه را ممکن می آورد.

رایانه های کوانتمی بر این گزینه پایه گذاری شده اند که جهان به چه نحو حالت فازی می شود و در سطوح بسیار کوچک خود، به حقیقت می رسد. فیزیک کوانتم، در حقیقت بهترین توصیف را برای تمام ذرات عرضه کرده است و توصیه می دهد که اتم ها و دیگر بلوک های ساختاری جهان قادرند در یک لحظه در دو یا چند مکان وجود داشته باشند. در حقیقت چرخش آنها در جهت مخالف نیز در یک لحظه بر روی رفتار آنها مؤثر است. این موضوع بیان کننده ی حالات متناقض صدمه پذیر است که ابر موقعیت (superpositions) نامیده می شود.

بررسی ها قبلی این موضوع را نمایش داده است که یک رایانه کوانتمی با ۳۰۰ کیوبیت می تواند در یک لحظه بیش از تعداد تمام اتم های موجود در جهان، محاسبه انجام دهد. این توصیه می دهد که رایانه های کوانتمی امکان دارد قادر به حل مسائل غیر قابل حل کلاستیک باشند. برای حل این مسائل، نیازمند هزاران رایانه و صرف زمانی برابر میلیون ها سال هستیم.
رایانه های کوانتمی بر این گزینه پایه گذاری شده اند که جهان به چه نحو حالت فازی می شود و در سطوح بسیار کوچک خود، به حقیقت می رسد. فیزیک کوانتم، در حقیقت بهترین توصیف را برای تمام ذرات عرضه کرده است و توصیه می دهد که اتم ها و دیگر بلوک های ساختاری جهان قادرند در یک لحظه در دو یا چند مکان وجود داشته باشند. در حقیقت چرخش آنها در جهت مخالف نیز در یک لحظه بر روی رفتار آنها مؤثر است. این موضوع بیان کننده ی حالات متناقض صدمه پذیر است که ابر موقعیت (superpositions) نامیده می شود.
در حال حاضر دو شیوه اصلی برای محاسبه ی کوانتمی می باشد. رایانه های کوانتمی استاندارد از رویه ای پیروی می کنند که نمونه گیت نامیده می شود. این نمونه باعث ایجاد تماس میان کیوبیت ها و مدارهای ساده ای می شود که به آنها گیت های کوانتمی منطقی گفته می شود. هر یک از این گیت ها می توانند عملیات های بنیادی انجام دهند. برای انجام یک محاسبه، می توان هر کیوبیت را به یک بخش تنظیمی معین مرتبط کرد تا بدین صورت المان های یک موضوع را پسورد گذاری کرد. توان رمزگذاری این بخش ها از رایانه های دیجیتال بیشتر است. سپس می توان این کیوبیت ها را مرحله به مرحله با یک توالی از گیت های منطقی کوانتمی دستکاری کرد و سپس سیستم را برای گرفتن جواب، بررسی کرد.

بجای آن، رایانه های کوانتمی که به روش تجاری موجود می باشند، از استراتژی استفاده می کنند که به آن محاسبه ی کوانتمی آدیاباتیک می گویند. در این شیوه، با خاموش کردن یک مجموعه از کیوبیت های غیر واکنشی شروع می شود که در حقیقت حاوی پایین ترین میزان ار انرژی می باشد. این کیوبیت ها، کیوبیت های حالت پایه نامیده می شوند. سپس این سیستم را به داخل یک گروه از کیوبیت ها مورد ارزیابی قرار می دهیم که در حقیقت شامل برهمکنش هایی با حالت پایدار هستند. این موارد بیان کننده ی جواب صحیح مرتبط به مسائل ویژه ای است که دانشمندان برای حل آن، رمزگذاری کرده اند.

مقبولیت محاسبه ی کوانتمی آدیاباتیک، نه فقط به دلیل سادگی، حتی به علاوه از طرف دیگر به دلیل سهولت استفاده می باشد. رایانه های کوانتمی استاندارد از الگوریتم هایی استفاده می کنند که بوسیله ی آنها مسائل بسیار ویژه حل می شود مانند رمزگذاری شکافتی (cracking encryption)، همزمان با اینکه رایانه های کوانتمی آدیاباتیک می توانند به روش تئوری هر نوع موضوع را حل کنند. این موضوع را یک فیزیکدان در کمپانی گوگل به اسم رامی بارندز (Rami Barends)، گفته است. بررسی ها قبلی توصیه می دهد که رایانه های کوانتمی آدیاباتیک به روش ویژه، برای مسائل ارتقاء کارایی خوب هستند و می توانند بهترین راه حل ها را از بین تمام راه حل های ممکنه بدست آورند. در چنین شرایطی ست که که رایانه های کوانتمی دیگر، برای تجزیه و بررسی خوب است.

به هر حال، رایانه های کوانتمی آدیاباتیک مباحث بحث انگیزی ایجاد کرده اند. عده ای از دانشمندان استدلال کرده اند که این کامپیوترها امکان دارد در حل مسائل پیچیده ی کلاسیک بهتر رفتار کنند. بدین جهت، رایانه های کوانتمی آدیاباتیک با یک چنین مساله هایی پیش روست. در حقیقت آنها به برهمکنش میان کیوبیت ها وابسته می باشند.
بارندز بیان میکند: “ایجاد تماس میان یک کیوبیت با کیوبیت دیگر در حقیقت مساله آفرین است”.
 

بیشتر بخوانید: همه چیز در باب رایانه (رایانه)

بجای آن، در رایانه های کوانتمی استاندارد، می توان هر نوع برهمکنشی میان دو کیوبیت مورد نظر و یا گروهی از کیوبیت ها، ایجاد کرد. علاوه براین، رایانه های کوانتمی آدیاباتیک مستعد ایجاد اغتشاش در بخشی هستند که کیوبیت ها در آن کار می کنند. در چنین شرایطی ست که که شیوه های تصحیح خطا می تواند رایانه های کوانتمی استاندارد را از این سخت، برهاند.
در طرح ای که به رهبری کمپانی گوگل در حال انجام می باشد، مزیت های هر دوی این اشکال از پردازش کوانتمی با بهره برداری از یک رایانه کوانتمی استاندارد بهمراه یک رایانه کوانتمی آدیاباتیک، بوجود آمده است. امید است تا ورژن های با مقیاس بزرگتر از این ماشین ها روزی برای حل مسائل مرتبط به پیچیدگی طبیعت، مورد بهره برداری قرار گیرد.

دانیل لیدار (Daniel Lidar)، سرپرست مرکز علوم معلومات کوانتمی در لس آنجلس بیان میکند: “چیزی که در اصل مورد بهره برداری قرار گرفته است، یک دهه است که مشهور بوده است با اینحال کسی نتوانسته بود آن را به روش تجربی نمایش دهد”.
ماشین تازه شامل ۹ کیوبیت تا ۱۰۰۰ گیت منطقی کوانتمی است. هر کیوبیت شامل یک ساختار عرضی ابر رساناست که از فیلم های آلومینیوم رسوب داده شده بر روی سافایر تولید می شوند. ۹ کیوبیت همگی در یک ستون قرار دارند و هر کیوبیت یک فرکانس واضح را پخش می کنند. با تنظیم فرکانس کیوبیت ها، برهمکنش بین کیوبیت ها تعیین می شود.

برای مشابه سازی محاسبه ی کوانتمی آدیاباتیک، بارندز و همکارانش سیستمی را مورد بهره برداری قرار دادند که از مراحل زمانی بسیار کوچک تشکیل می شود. در رفتار، مشابه سازی ها می تواند نوع برهمکنش میان کیوبیت های لازم برای حل مسائل پیچیده ی کلاسیک را تکمیل کند.
ویلیام اولیور (William Oliver)، فیزیکدان تجربی و مهندس برق در انستیتوی فنی ماساچوست، بیان میکند: “این کار نشاندهنده ی بلوک های ساختاری اساسی در تولید نمونه ی آزمایشی از رایانه های کوانتمی آدیاباتیکی در سیستم های کیوبیتی ابر رساناست”.

لیدار به این موضوع اشاره کرده است که “وسایل کوچک مقیاس با تعداد ۴۰ کیوبیت در حقیقت برای یادگیری منابع بروز خطا در این سیستم ها، خوب می باشند”.
ایشان بیان میکند: “به هر حال، در دو سال واپسین، این موضوع مقدور شده است تا از وسایلی استفاده کرد که حاوی بیش از ۴۰ کیوبیت می باشند”.
 

منبع
https://www.insidescience.org
بهره برداری از مطالب این مقاله با ذکر منبع راسخون، بلامانع می باشد.