پردازش کوانتوم برای سیراب شدن تشنگی بشر

فناوری کوانتومی ‌ابزاری در نسل پنجم رایانه‌هاست و این وسیله، وسیله‌ای است محاسباتی البته برای پردازش داده‌ها. این رؤیا چندین سال است دانشمندان را به خود مشغول کرده است چرا که محاسبات ماشینی که با پیشرفت علم همراه است، زندگی بشر را به طور جدی دربر گرفته است، دانشمندان این قضیه را بارها و بارها اثبات کرده‌اند که همیشه تکنولوژی چندین گام بزرگ از نظریه عقب است، بسیاری از دانشمندان در زمینه‌های مختلف به فکر رفع این مشکل تا زمان رشد فناوری به حد مورد نظر افتادند. به این ترتیب بود که برای نخستین بار در سال 1982 «ریچارد فاینمن» معلم بزرگ فیزیک پیشنهاد کرد که باید محاسبات را از دنیای دیجیتال وارد دنیای جدیدی به نام کوانتوم کرد که بسیار متفاوت از قبلی است و نه تنها مشکلات گذشته و محدودیت‌های موجود را برطرف می‌سازد، بلکه افق‌های جدیدی را نیز به این مجموعه اضافه می‌کند. ورود به دنیای محاسبات کوانتومی نیازمند دو پیش‌زمینه مهم است؛ نخست اصول اساسی و برخی تعابیر مهم فلسفی مکانیک کوانتومی که همانطور که گفته شد آرزوی بسیاری از دانشمندان بود. این پیشنهاد تا اوایل دهه 90 میلادی مورد توجه جدی قرار نگرفت تا بالاخره نخستین گام را برای محقق کردن این آرزو برداشت. به این ترتیب ارتباط نوینی بین نظریه اطلاعات و مکانیک کوانتومی شروع به شکل‌گیری کرد که امروز آن را محاسبات کوانتومی یا محاسبات نانو‌متری می‌نامیم. در واقع هدف محاسبات کوانتومی یافتن روش‌هایی برای طراحی مجدد ادوات شناخته شده محاسبات به گونه‌ای است که بتوانند تحت اثرات کوانتومی که در محدوده ابعاد نانو متری و کوچک‌تر بروز می‌کنند، کار کنند. بسیاری از دانشمندان معتقدند ساخت کامپیوتری فوق‌العاده سریع که از خواص عجیب فیزیک کوانتومی بهره می‌گیرد، فیزیک کوانتومی قوانین ویژه‌ای را برای اتم‌ها و ذرات زیر اتمی تعریف می‌کند، کامپیوترهای کوانتومی قادر به انجام بسیار سریع‌تر محاسبات نسبت به کامپیوترهای متداول هستند. همچنین کامپیوترهای کوانتومی از یک خاصیت کوانتومی دیگر یعنی «انتقال از راه دور» نیز سود می‌برند. «انتقال از راه دور» موجب می‌شود اطلاعات یک ذره به ذره‌ دور دیگری منتقل شود. در نتیجه کامپیوترهای کوانتومی برای انتقال بیت در درون [وبیرون] ساختار خود نیازمند سیم نیست!در واقع می‌توان این گونه نتیجه گرفت که محاسبات کوانتومی‌ از پدیده‌ای به نام درهم تنیدگی بهره می‌گیرد. وقتی دو یا چند کوبیت در هم‌تنیده باشند، ویژگی‌های کوانتومی ‌آنها به هم متصل است: دو کوبیت می‌توانند چنان دستکاری شوند که وقتی اندازه یکی یک باشد، ‌اندازه دیگری باید صفر شود یا ممکن است طوری دستکاری شوند که مجبور باشند مقدار یکسانی داشته باشند. با استفاده از درهم‌تنیدگی و برهم‌نهی، یک کامپیوتر کوانتومی‌ می‌تواند تعداد بسیار زیادی از محاسبات را به یکباره اجرا کند. تنها با چندصد کوبیت در هم ‌تنیده، بازنمایی همزمان اعدادی بیشتر از تعداد اتم‌های موجود در جهان امکان‌پذیر می‌شود. تمامی این مبادلات تکرار شونده که فقط 10میلی‌ثانیه دوام دارند ممکن است روزی انجام عملیات منطقی در رایانه‌های کوانتومی را امکان‌پذیر کنند که در آن صورت می‌توان از نظر تئوری مسائلی را که امروزه بهترین ابررایانه‌ها از حل آن عاجزند، حل کرد. دانشمندان سعی کردند تا یک اتم منفرد را با اسپین بالا در یک حفره و اتمی با اسپین مخالف را در حفره دیگر قرار دهند، سپس هر دو جفت را ادغام کرده و اتم‌ها را برای داشتن برهمکنش مجبور کردند تا در یک حفره با هم جفت شوند. وقتی که دوتا از این اتم‌های هم‎ارز به موقعیت فیزیکی یکسانی بروند، مکانیک کوانتومی نوع خاصی از تقارن را به آنها تحمیل می‎کند. به‌دلیل این محدودیت، اتم‌های ادغام شده بین دو حالت - که در آنها یکی از اتم‌ها دارای اسپین یک و دیگری دارای اسپین صفر و حالت مخالف آن است - نوسان می‎کنند. اتم‌ها همچنان که در حال مبادله اسپین هستند، به داخل ناحیه به‌دام‎اندازی وارد و از آن خارج می‎شوند. در نقطه میانی تبادل، اسپین هر اتم نامعلوم است و اگراندازه‎گیری شود، ممکن است به حالت بالا یا پایین تغییر حالت دهد، ولی نتیجه هر چه باشد مطمئن خواهیم بود که نتیجه اندازه‎گیری اتم دیگر مخالف اولی است. این گیراندازی، ویژگی کلیدی توانمندسازی محاسبات کوانتومی است. مطابق گزارش Porto، این اولین باری است که از مکانیک کوانتومی متقارن(جابه‌جایی متقارن) برای انجام چنین عمل به‌دام‎اندازی استفاده شده‌ است. پژوهشگران هم‎اکنون روی توسعه روش‌هایی برای تنظیم و دست‎کاری هر جفت از اتم‌ها در شبکه کار می‎کنند و در حال توسعه قابلیت اطمینان هر مرحله و تکامل عملیات منطقی به‌وسیله جداسازی اتم‌ها پس از برهمکنش آنها با هم هستند.