کامپیوتر کوانتومی چیست و کی میتوانیم یکی بخریم؟!

مجله دلگرم | کامپیوتر های کوانتومی میتوانند قدم های بزرگی در مسیر پیشرفت بشریت بردارند. بعد از ساخت ترانزیستورها، صنعت الکترونیک رشد قابل ملاحظه‌ای کرد. در حال حاضر با ظهور کامپیوترهای کوانتومی انتظار می‌رود این صنعت آبستن جهش دیگری باشد. بسیاری از مردم درباره محاسبات کوانتومی چیزهایی شنیده‌اند اما اطلاع دقیقی از کارکردهای آن ندارند. بسیاری می‌خواهند بدانند کامپیوتر کوانتومی چیست، چه زمانی تجاری‌سازی می‌شود، چه کسانی بیشتر از آن بهره‌‌مند می‌شوند و … .

با معرفی نخستین کامپیوتر کوانتومی تجاری توسط IBM، ظاهرا در حال ورود به نسل بعدی فناوری رایانشی هستیم؛ درحالی که هنوز آمادگی لازم برای مواجهه با آن را نداریم.

IBM اخیراً بنابر آنچه ادعا کرده است، دست به رونمایی اولین کامپیوتر کوانتومی جهان زد. هرچند معرفی کیو سیستم وان (Q System One) از نظر علمی اقدامی نوآورانه محسوب نمی‌شود؛ اما عرضه‌ی آن پیشرفتی مهم به‌شمار می‌رود؛‌ زیرا IBM این دستگاه را به‌عنوان یک محصول تجاری می‌بیند که سازمان‌ها (نه اشخاص) خواهان استفاده از خواهند بود.

IBM فناوری آزمایشی و اولیه‌ای را که برای بیش از ۲۰ سال در آزمایشگاه‌ها حضور داشت، به دنیای واقعی وارد کرده، با انجام این کار، گام مهمی به سوی فراگیرسازی نسل بعدی فناوری رایانشی برداشته شده است؛ درحالی‌که جهان هنوز برای چنین محصولی آماده نیست. درواقع، کوانتوم می‌تواند به خوبی ثابت کند که برهم‌زننده‌ترین فناوری عصر اطلاعات به‌حساب می‌آید.

کامپیوترهای کوانتومی با بهره‌برداری از پدیده‌ی مرموزی کار می‌کنند که توسط فیزیک کوانتوم توصیف شده است؛ همچون توانایی یک شیء به معنای بسیار واقعی، برای بودن در آنِ واحد در چندین مکان. داشتن چنین قدرتی به آن‌ها امکان می‌دهد تا در عرض چند ثانیه مسائلی را حل کنند که حلشان حتی به وسیله‌ی قدرتمندترین ابرکامپیوترهای امروزی به اندازه‌ی عمر جهان زمان خواهد برد.

محاسبات کوانتومی چیست؟

محاسبات کوانتومی یک فناوری نو ظهور در حوزه محاسبات و کامپیوتر است. این فناوری برای یافتن راه حل های سریعتر برای مسائلی است که در حال حاضر توسط ابر کامپیوترها حل می شوند.

چرا محاسبات کوانتومی اهمیت دارد؟

به صورت نظری، کامپیوترهای کوانتومی میتوانند برای شکستن رمزنگاری آر اس ای، که معمولا در سراسر اینترنت استفاده میشود به کار گرفته شود.

محاسبات کوانتومی توسط چه کسانی به کار گرفته خواهد شد؟

در مرحله ی اول، محققانی که در زمینه ی فیزیک کوانتوم و محاسبات فعالیت میکنند.

چگونه یک کامپیوتر کوانتومی تهیه کنیم؟

در حال حاضر تنها یک شرکت کامپیوترهای کوانتومی را به بازار عرضه کرده، اما این کامپیوترها فقط برای کارهای تخصصی قابل استفاده هستند.

محاسبات کوانتومی چگونه انجام می شود؟

محاسبات کوانتومی یک فناوری نو ظهور است که دیگر مشکلات محدودیت های کامپیوترهای ترانزیستوری سابق را ندارد. کامپیوترهای ترانزیستوری متکی بر اعداد باینری، یعنی صفر و یکها هستند؛ در حالی که کامپیوترهای کوانتومی از کیوبیت استفاده میکنند. البته میتوان از اعداد باینری در کیوبیت استفاده کرد. اما مقادیر کیوبیتها به صورت جمع آثار هستند یعنی میتوانند همزمان هم صفر باشند و هم یک. کیوبیت ها گنجایش دو بیت اعداد باینری را دارند که به آن اصطلاحا برنامه ریزی فوق متراکم میگویند. گفته میشود که کامپیوترهای کوانتومی در انجام محاسبات بسیار سریعتر از کامپیوترهای امروزی خواهند شد.

در این صورت میتوان محاسبات فشردهی کامپیوتری مانند تاشدگی پروتئینها که امروزه توسط کامپیوترهای انجام میشوند را با هزینهای کمتر با کامپیوترهای کوانتومی انجام داد. با گذشت زمان و پیشرفت کامپیوترهای کوانتومی پیشبینی میشود سرعت آنها بیشتر از سرعت کامپیوترهای امروزی شود، البته این پیشرفت باید در زمینه ی پردازنده های کوانتومی و برنامه نویسی بر مبنای کیوبیت هم باشد.

محاسبات کوانتومی برای چه کسانی کاربرد دارد؟

در حال حاضر، در درجه اول محققان – شرکتهای مختلف در حال سرمایه گذاری بر روی تحقیقات در زمینه ی محاسبات کوانتومی هستند. اینتل مبلغ ۵۰ میلیون دلار به دانشگاه صنعتی دلفت و سازمان تحقیقات کاربردی هلند پرداخت کرده است، و همچنین پشتیبانی مهندسی لازم را تامین کرده است. آی بی ام، گوگل و مایکروسافت نیز، در حال تلاش در این زمینه هستند. آی بی ام در آوریل ۲۰۱۵ راهکاری برای تشخیص همزمان خطاهای بیتی و فازی ارائه کرده است، که گام مهمی در تصحیح خطا در محاسبات کوانتومی است.

چه زمانی کامپیوتر های کوانتومی به بازار عرضه میشوند؟

برای این سوال دو جواب وجود دارد: حالا و در آیندهای دور. شرکت کانادایی دی‌ویو سیستمز (D-Wave Systems) در حال حاضر کامپیوترهای کوانتومی به نام دی-ویو-۲-ایکس به بازار عرضه کرده است. اما این کامپیوترهای کوانتومی به طور خاص برای بهینه سازی دودویی نامحدود درجه دوم طراحی شده اند که آنها را برای تجزیه ی اعداد صحیح نامناسب میکند. البته باید گفت که این کامپیوتر کوانتومی سریعتر از کامپیوترهای سنتی نیست.

قیمت کامپیوتر کوانتومی چقدر است؟

به گزارش سینت قیمت یک کامپیوتر دی-ویو-۲ در حدود ۱۵ میلیون دلار است. در حال حاضر آی بی ام رقیب اصلی دی-سیستم است. البته برای کارهای سبکتر استفاده از پاور ۸ قیمت مناسبتری دارد.

در ادامه 2 معضل بزرگ که پیش روی کامپیوتر های کوانتومی وجود دارد را بررسی میکنیم.

1. بهای بسیار بالا

یک انتقاد که معمولاً به فناوری‌های کوانتومی وارد می‌شود، این است که کامپیوترهای مبتنی بر کوانتوم «بهای بسیار بالایی» دارند و همان‌طور که دسترسی به آن‌ها راحت‌تر می‌شود، این قیمت بالا همچنان پابرجا باقی می‌ماند. چنین مسئله امروز در مورد کیو سیستم وان نیز صدق می‌کند. IBM کامپیوتر کوانتومی‌اش را برای خرید در دسترس قرار نمی‌دهد؛ بلکه دسترسی به آن ازطریق اینترنت امکان‌پذیر می‌شود؛ بنابراین فناوری کوانتومی به‌زودی در آینده‌ی نزدیک مقرون‌به‌صرفه خواهد شد.

کامپیوترهای کوانتومی به‌راحتی با تغییرات در محیط دچار اختلال می‌شوند و زمان زیادی را برای راه‌اندازی مجدد صرف می‌کنند؛ بنابراین IBM سیستمی حفاظتی را برای کیو سیستم توسعه داده است تا برای انجام وظایف مشتریان تجاری پایداری کافی وجود داشته باشد؛ مصرف‌کنندگانی که احتمالاً شامل شرکت‌های بزرگ، دانشگاه‌ها و سازمان‌های پژوهشی هستند که قصد اجرای شبیه‌سازی‌های پیچیده را روی آن دارند. در نتیجه، IBM باور دارد که کیو سیستم یک محصول بادوام تجاری است و برای اثبات آن، در حال صرف سرمایه‌ی خود در این زمینه است.

تاریخ به ما نشان داده است که فناوری‌ها به‌محض آنکه به محصولات تجاری بادوامی تبدیل شوند، می‌توانند رشد سریعی را در میزان استفاده و توانایی‌ها تجربه کنند. پس از آنکه کامپیوترهای دیجیتالی مرسوم از نظر تجاری محصولاتی بادوام و قابل اعتماد شدند، انفجار نمایی را تجربه کردند که معمولاً با عنوان قانون مور به آن اشاره می‌شود. تقریباً هر دو سال یک‌بار، قدرت کامپیوترها دو برابر شد، درحالی‌که اندازه و بهای آن‌ها به نصف کاهش می‌یافت. این «قانون» درحقیقت صرفا روندی را نشان می‌دهد که بخشی از آن به‌واسطه‌ی تأثیر نیروهای بازار (عوامل اقتصادی تأثیرگذار بر قیمت و تقاضا) امکان‌پذیر شده است.

معرفی نخستین کامپیوتر کوانتومی توسط IBM، تضمین‌کننده‌ی این موضوع نیست که کامپیوترهای کوانتومی اکنون یک رشد نمایی را به سبک قانون مور تجربه خواهند کرد؛ اما رونمایی کیو سیستم این اتفاق را محتمل‌تر و زمان وقوع آن را تسریع می‌کند که در درازمدت، برای ما به معنای فناوری پیشرفته‌تر و بهتر است.

دستگاه‌های اندازه‌گیری کوانتومی دقیق‌تر هستند. دستگاه‌های تصویربرداری کوانتومی می‌توانند تصاویر بهتری خلق کنند. باتری‌های کوانتومی می‌توانند سریع‌تر شارژ شوند. امنیت سایبری کوانتومی حفاظت و ایمنی بهتری را ارائه می‌دهد و کامپیوترهای کوانتومی می‌توانند مسائلی را حل کنند که هیچ امیدی نسبت به حل آن‌ها در کامپیوترهای کلاسیک امروزی وجود ندارد.

چشم‌انداز یادشده تنها نوک کوه‌یخ محسوب می‌شود؛ اما این بدان معنی است که در کوتاه‌مدت تا میان‌مدت، چیزی همچون یک بحران به ما نزدیک می‌شود.

2. بحران مهارت ها

فناوری‌های کوانتومی بیش از هر حوزه‌ی دیگری در امنیت سایبری ازهم‌گسیختگی ایجاد می‌کنند. زمانی‌که کامپیوترهای کوانتومی در مقیاس بزرگ در دسترس قرار بگیرند (که با نرخ رشد فعلی می‌تواند ۱۰ تا ۱۵ سال طول بکشد)، می‌توان از آن‌ها برای دستیابی به هر رازی در اینترنت استفاده کرد. بانکداری اینترنتی، ایمیل‌های خصوصی، گذرواژه‌ها، چت‌های ایمن همگی گشوده خواهد شد. شما می‌توانید دست به‌ جعل هویت هر فرد یا هر صفحه‌ی آنلاینی در وب بزنید.

درواقع علت چنین چیزی آن است که گشودن قفل‌هایی که به‌صورت آنلاین از آن‌ها برای حفظ حریم شخصی و احراز هویت استفاده می‌کنیم،‌ برای کامپیوترهای کوانتومی به بریدن کره با چاقو شباهت دارد. فناوری کوانتومی، در بسیاری از عرصه‌های دیگر نیز آشفتگی ایجاد می‌کند. اگر کسب‌وکار شما تصمیم بگیرد که روند استفاده از رایانش کلاسیک کنونی را حفظ کند؛ اما رقیب‌ یا دشمنتان به استفاده از کوانتوم روی بیاورد، احتمالا دربرابر آن‌ها به نقطه‌ضعفی شدید دچار خواهید شد.

همان‌طور که چشم‌انداز فناوری کوانتومی، خود را اصلاح می‌کند، به‌خوبی احتمال دارد که بسیاری از متخصصان فنی شاهد منسوخ شدن سریع مهارت‌هایشان باشند. هم‌زمان، شرکت‌ها ممکن است به‌دنبال استخدام متخصصانی بروند که به‌آسانی پیدا نخواهند شد.

زمانی‌که نیروهای ژئوپولیتیکی و بازار مجددا به‌صف شوند، برای افراد حاضر در کسب‌و‌کار، ضرورت یادگیری یک زبان جدید به امری معمول تبدیل خواهد شد. برای مثال، با افزایش قدرت و نفوذ چین، شنیدن این جمله از کسب‌وکارها که «ما اکنون همگی باید زبان ماندارین را فرابگیریم» دیگر غیرمعمول به‌نظر نمی‌آید. شاید اکنون زمان آن رسیده است که همه‌ی ما صحبت به زبان کوانتوم را آغاز کنیم.

چنانچه این مطلب را مفید میدانید با لایک کردن و به اشتراک گذاشتن آن، از ما حمایت کنید. نظرات، پیشنهادات و مقاله های درخواستی خود را از طریق قسمت دیدگاه ها برای ما ارسال کنید.