مایکروسافت و تلاش برای ارائه تفسیری ساده و عمومی از کامپیوترهای کوانتومی

مایکروسافت اخیراً به تلاش برای ارائه ی تفاسیری اولیه و ساده از کامپیوترهای کوانتومی یا همان Quantum Computing پرداخته است تا مبحثی را که درکش برای بسیاری از افراد عادی دشوار و پیچیده است را ساده نماید.

کامپیوترهای کوانتومی با خود وعده ی حل مشکلات بسیار بزرگ و فراتر از تصوری را به همراه دارند که کامپیوترهای کلاسیک فعلی هرگز حتی قادر به حل بخش کوچکی از آنها نیز نبوده اند. البته این را باید به حساب روزی بگذاریم که آنچه در مورد آنها گفته می شود به صورت شیوه های عملی کاربردی گردند زیرا نتایجی که تا به امروز در بهره گیری از آنها بدست آمده دلگرم کننده نیست.

مایکل فریدمن از سران Station Q در همین رابطه می گوید کامپیوترهای امروزی مانند لپ تاپها، تلفن های هوشمند و حتی ابر کامپیوترهای فعلی در مقابل ماشین تورینگ عملاً ناچیز و ناتوان هستند. ایستگاه کیو یا همان Station Q مقری است که مایکروسافت در آن به تحقیق در مورد این نوع از کامپیوترها می پردازد و در مقاله ای طولانی تر تلاش کرده است این موضوع پیچیده را برای عموم ساده تر کرده و همگان را با آن آشنا نماید.

در ادامه با ما در دیجیاتو همراه شوید تا از تلاش مایکروسافت برای آگاه سازی عموم در مورد کامپیوترهای کوانتومی بیشتر آگاه شوید.

مدل کامپیوتری که توسط آلن تورینگ افسانه ای توضیح داده شده، ضرورتاً به توضیح نحوه ی عملکرد پردازنده های فعلی و الگورتیم ها در کنار یکدیگر نیز می پردازد. در کامپیوترهای امروزی داده ها با بیت هایی که فقط می توانند یک عدد صفر یا عدد یک باشند، مفهوم می پذیرند. اگر به مقدار کافی چنین داده هایی را در ترکیبی معین قرار دهیم سپس می توانیم برنامه های متفاوتی مانند صفحات گسترده یا Spread Sheet ها، سیستم های تشخیص آب و هوا و یا حتی بازی هایی مانند کندی کراش را پدید آوریم.

در مقابل در کامپیوترهای کوانتومی داده ها از نظر تئوری توسط بیت های کوانتومی یا در اصطلاح رایج تر کیو بیت ها (qbits) تفسیر می شوند و یک کیو بیت می تواند به صورت همزمان هم به حالت صفر و هم به حالت یک وجود داشته باشد و همین امر سبب می شود عرصه های جدیدی از دانش و علم به روی ما گشوده شود. اهمیت این مسئله به حدی بوده است که حتی سایر بزرگان مانند گوگل نیز تلاش نموده اند تا گام های بلندی به سمت کامپیوترهای کوانتومی و دانش مرتبط به آنها بردارند.

در مقاله ی مایکروسافت آمده است مسائل بسیار دشوار و عظیمی وجود دارند که حتی اگر کلیه ی کامپیوترهای جهان به صورت همزمان مشغول کار بر روی آنها شوند احتمالاً قادر نخواهند بود ذره ای به جواب آنها نزدیک شوند، ولی کامپیوترهای کوانتومی چنین مسائلی را اگر نتوانند در طول چند ساعت حل کنند حداقل ظرف چند روز از پس آنها بر خواهند آمد.

محقیقن علوم کامپیوتر چشم انداز جهش از کامپیوترهای کلاسیک به کامپیوترهای کوانتومی را به حدی بزرگ می دانند که در برخی موارد حتی آن را دلهره آور تفسیر می نمایند. فریدمن از فعالان Station Q در مایکروسافت در این باره می گوید: این جهش مانند این است که بتوانیم مقداری از نحوه ی عملکرد عالم هستی را درک نموده و به چشم ببینیم.

چه ارتباطی میان کامپیوترهای کوانتومی و فیزیک کوانتوم وجود دارد؟

در ویدئویی که مایکروسافت در همین رابطه تهیه کرده، در ابتدا توضیح داده می شود که رفتار ذرات در مقیاس های بزرگ به صورت قابل پیش بینی است ولی در مقایس نانو این رفتار به شدت آشفته و غیر قابل پیش بینی می گردد. نیلز بور (Niels Bohr)، فیزیکدانی که در سال ۱۹۲۲ به دلیل فعالیت هایش بر روی تئوری کوانتوم برنده ی جایزه نوبل گردید، می گوید: اگر ماشین های کوانتومی هنوز شما را شکه نکرده اند احتمالاً به خاطر این است که کماکان درک درستی از آنها پیدا نکرده اید.

حالا سئوال این است که این بحث چقدر می تواند ما را شوکه نماید؟ در مقیاس مولکولی، ذرات در وضعیت کوانتومی می توانند به صورت اطلاعات از یک نقطه به نقطه ی دیگر تله پورت شوند، جداسازی آنها از یکدیگر به شکل غیر ممکنی درآمده و به وضعیتی با عنوان سوپر پوزیشن دست می یابند که در آن می توانند همزمان چند حالت متفاوت را دارا باشند.

کامپیوترهای کوانتومی چگونه کار می کنند؟

کامپیوترهای کلاسیک مسائل را مانند انسانی که در یک مارپیچ مزرعه ی ذرت، به دنبال راه خروج می گردد حل می کنند؛ یعنی یک مسیر را انتخاب کرده آن را ادامه داده و در صورتی که به بن بست برسند دوباره راه بازگشت را انتخاب می کنند و سپس مسیری دیگر را امتحان می نمایند تا بالاخره بتوانند راه خروج از مارپیچ را پیدا کنند.

کامپیوترهای کوانتومی این طرز فکر سنتی حل مسئله را با تکیه بر کیو بیت ها کنار گذاشته اند، چرا که هر کیو بیت می تواند در حالت صفر، یک و یا بر هم نهی صفر و یک قرار داشته باشد. از آنجایی که کیوبیت می تواند هم به عنوان صفر و هم به عنوان یک عمل نماید لذا قادر خواهد بود به جای یک پردازش دو پردازش را همزمان انجام دهد و دو کیوبیت چهار پردازش انجام می دهند و در ادامه روند حل مسئله با همین شیوه به مراتب سریعتر و سریعتر میگردد، به حدی که مسائل بزرگ بسیار تند تر از آنچه که تصور می کنیم حل خواهند شد. گویی که یک انسان تکثیر شده و مسیرهای متعددی را در مارپیچ به صورت همزمان طی کند تا بتواند راه خروج را بیابد.

در پایان از شما دعوت می کنیم تا در دیجیاتو به تماشای ویدئویی که مایکروسافت جهت تفسیر ساده ی کامپیوترهای کوانتومی تهیه کرده است بنشینید.

[videojs mp4="http://cdn.digiato.com/q-computing101.mp4"]