تحولی بزرگ در تکنولوژی با توسعه تراشه‌های کوانتومی

محاسبات کوانتومی مفهومی است که بسیاری آن را شنیده‌اند، اما تعداد کمی آن را درک می‌کنند. شرکت‌های تراشه کوانتومی در خط مقدم توسعه و تولید دستگاه‌های نیمه هادی هستند که از پدیده‌های مکانیکی کوانتومی بهره برداری می‌کنند. این تراشه‌ها کاربردهای مختلفی از جمله محاسبات کوانتومی، ارتباطات و سنجش دارندد. همانطور که این فناوری در گذشته به طور عمده در تحقیقات دانشگاهی استفاده می‌شد، امروزه تجارت و صنعت نیز به سوی فناوری‌های کوانتومی حرکت می‌کنند. پیشرفت‌ تراشه‌های کوانتومی برای آینده محاسبات کوانتومی مفید خواهد بود، اما این تراشه‌ها دقیقا چگونه کار می‌کنند؟ در ادامه مقاله همراه ما باشید تا به توضیحات بیشتری درباره تراشه کوانتومی بپردازیم.

تعریف تراشه کوانتومی

تراشه کوانتوم یک نوع تراشه الکترونیکی می‌باشد که برای انجام عملیات کوانتومی طراحی شده است. این تراشه‌ها بر پایه فیزیک کوانتومی عمل می‌کنند و قادر به انجام محاسباتی هستند که با استفاده از سیستم‌های کلاسیک مانند کامپیوترهای معمولی نمی‌توان به آن‌ها دست پیدا کرد.

تراشه‌ کوانتومی معمولا شامل چندین کیوبیت هستند. کیوبیت‌ها معادل‌های مرکبی هستند که می‌توانند به عنوان حالت‌های کوانتومی مانند صفر و یک به عنوان بیت کلاسیک استفاده شوند. همچنین می‌توانند در حالت‌های کوانتومی ترکیبی از صفر و یک وجود داشته باشد که به عنوان ابر موقعیت‌ها شناخته می‌شوند. برخلاف بیت‌های کلاسیک که تنها می‌توانند در یک حالت دقیق واقع شوند (صفر یا یک)، کیوبیت‌ها می‌توانند در حالت‌های مختلف وجود داشته باشند که باعث ایجاد پدیده‌های کوانتومی مانند انتانگلمانت و اندازه گیری کوانتومی می‌شود. با استفاده از تراشه‌ کوانتومی می‌توان به محاسباتی پیچیده‌تر و قابلیت حل مسائلی که زمان زیادی می‌طلبد، دست پیدا کرد. البته در حال حاضر تراشه‌های کوانتومی هنوز در مراحل آزمایشی قرار دارند و در حال توسعه و پیشرفت هستند.

تراشه کوانتومی چگونه کار می‌کند؟

تراشه‌های کوانتومی، از جمله تراشه‌های کوانتومی سیلیکون برای پردازش اطلاعات با استفاده از قوانین فیزیک کوانتوم طراحی شده‌اند. این تراشه‌ها برای اجرای عملیات موازی، کدنویسی، رمزنگاری و سایر برنامه‌های کوانتومی استفاده می‌شوند. تراشه‌ های کوانتومی از کیوبیت‌ها (یا همان بیت‌های کوانتومی) به عنوان واحدهای پردازشی استفاده می‌کند. کیوبیت‌ها، نماینده‌ حالت‌های کوانتومی هستند و در مقابل بیت‌های کلاسیک که حالت‌های 0 و 1 دارند، کیوبیت‌ها می‌توانند به هر ترکیبی از این دو حالت تعلق بگیرند که به عنوان اصل ابرتمامیت کوانتومی شناخته می‌شود.

تراشه‌های کوانتومی با استفاده از دروازه‌های کوانتومی برای انجام عملیات مورد نیاز استفاده می‌کنند. دروازه‌های کوانتومی عملیاتی مشابه دروازه‌های منطقی (مانند: AND، OR و NOT) در رایانه‌های کلاسیک انجام می‌دهند، با ادامه مطلب...

اینترنت کوانتومی چه نقشی در دنیای فناوری دارد؟

در طی سال‌های اخیر پیشرفت‌های عظیمی در حوزه شبکه کوانتومی شکل گرفته است. ممکن است این مفهوم در ابتدا یک ایده تخیلی به نظر برسد، اما کارشناسان حوزه شبکه بر این باور هستند که اینترنت کوانتومی می‌تواند در کم‌تر از یک دهه به واقعیت مملوس در زندگی ما تبدیل شود. این اینترنت روی بخش خاصی از فیزیک کوانتوم تاکید دارد که در آن چیزهایی مانند انتقال دیتا در مسافت‌های طولانی و سفر در زمان امکان پذیر می‌شود.

اینترنت کوانتومی شبکه‌ای است که امکان مبادله‌ اطلاعات بین دستگاه‌های کوانتومی را با استفاده از قوانین مکانیک کوانتوم فراهم می‌کند. این فناوری بستر یک اکوسیستم کوانتومی خواهد بود، جایی که رایانه‌ها، شبکه‌ها و سنسورها اطلاعات را به روش کاملا جدیدی تبادل می‌کنند. ارتباطات و محاسبه در این اکوسیستم به معنای واقعی کلمه با هم به عنوان یک موجودیت مشترک کار می‌کنند.

اینترنت کوانتومی چیست؟ 

اینترنت کوانتومی می‌تواند حجم زیادی از داده‌ها را در فواصل زیادی با سرعتی فراتر از سرعت نور انتقال دهد. اینترنت کوانتوم یا Quantum Internet شبکه‌ای است که به دستگاه‌های کوانتومی اجازه می‌دهد تا اطلاعات را در محیطی که قوانین مکانیک کوانتوم را مهار می‌کند، مبادله کنند. این فناوری قابلیت‌های بی‌سابقه‌ای می‌دهد که انجام آن با برنامه‌های امروزی تقریبا غیر ممکن است. در دنیای کوانتومی، داده‌ها در حالت کیوبیت رمزگذاری می‌شوند که در دستگاه‌های کوانتومی مانند کامپیوتر  یا پردازنده کوانتومی قابل مشاهده هستند.

به زبان ساده، اینترنت کوانتومی شامل انتقال کیوبیت‌ها در شبکه‌ای از چندین دستگاه کوانتومی است که به صورت فیزیکی از هم جدا شده‌اند. مهم‌تر از همه، این‌ اتفاق به لطف ویژگی‌های منحصر به فرد حالت‌های کوانتومی شکل می‌گیرد. ممکن است کوانتوم اینترنت شبیه به اینترنت استاندارد کنونی به نظر برسد، اما ارسال کیوبیت‌ها از طریق یک کانال کوانتومی به جای یک کانال کلاسیک به معنای اعمال نفوذ ذرات در کوچک‌ترین مقیاس آن‌هاست.

کوانتوم چیست؟

در فیزیک، کوانتوم به کم‌ترین مقدار یا مقدار پایه از یک کمیت اشاره دارد که می‌تواند در تعامل با هر واحد دیگری باشد و مکانیک کوانتومی هم به مطالعه نحوه رفتار این واحدهای کوچک می‌پردازد. دانشمندان دریافته‌اند که واحدهای کوانتومی خواص منحصر به فردی دارند که در رسیدن به ایده اینترنت کوانتوم به آن‌ها کمک می‌کند. در دنیای فیزیکی، ما و اشیا پیرامون ما در محدوده قوانین فیزیک حرکت می‌کنیم. به همین دلیل در دنیای کلاسیک اشیا نمی‌توانند سریع‌تر از نور حرکت کنند و از نیروهای بازدارنده‌ای چون گرانش زمین تاثیر می‌پذیرند.

با توجه به اینکه واحدهای کوانتومی خارج از قلمرو فیزیکی وجود دارند، می‌توانند تحت قوانین متفاوتی عمل کنند. به بیانی دیگر، در دنیای کوانتومی اشیا می‌توانند سریع‌تر از نور حرکت کنند، به گذشته بروند یا حتی از راه دور جابجا شوند. با وجود اینکه اجسام فیزیکی جایی در فضای کوانتومی ندارند،‌ اما اجسام از فضای کوانتومی می‌توانند ادامه مطلب...

رونمایی از کامپیوتر کوانتومی قابل حمل توسط شرکت SpinQ

با رشد سریع تکنولوژی شاهد طراحی و ساخت نسل‌های جدید از رایانه‌ها هستیم. کمپانی Science switch از نخستین کامپیوتر کوانتومی قابل حمل در دنیا رونمایی کرد. این محصول در سه مدل مختلف وارد بازار شده‌ است. این دستگاه‌ها با بهره بردن از تکنولوژی‌های جدید و به روز دنیا برای اهداف آموزشی و طراحی ساخته شده‌اند.  هدف از توسعه این دستگاه‌ها، گسترش تکنولوژی‌های کوانتومی برای حل مسائل سنگین علمی خواهد بود. این سه مدل کامپیوتر کوانتوم تنها جنبه دست‌ گرمی برای فناوری‌های کوانتومی را دارند و توان پردازشی آن‌ها در مقایسه با قدرت واقعی رایانه‌های قدرتمند کوانتومی چندان قابل ملاحظه نیست!

تعریف کامپیوتر کوانتومی

ویژگی‌های اصلی کامپیوترهای معمولی نظیر بیت‌، الگوریتم، گیت‌های منطقی به طور مشابه در کامپیوترهای کوانتومی نیز وجود دارند. اصلی‌ترین جز یک کامپیوتر کوانتومی، در واقع واحد پردازش اطلاعات، بیت کوانتومی یا کیوبیت است. کامیپوتر کوانتومی ماشینی است که از پدیده‌ها و قوانین مکانیک کوانتوم مانند: برهم نهی (Superposition) و درهم تنیدگی (Entanglement) برای رایانش استفاده می‌کند. رایانه‌های کوانتومی با رایانه‌های فعلی که با ترانزیستورها کار می‌کنند تفاوت اساسی دارند. نظر اساسی که در پس رایانه‌های کوانتومی نهفته‌ است این است که می‌توان از خواص و قوانین فیزیک کوانتوم برای ذخیره‌ سازی اطلاعات و انجام عملیات روی داده‌ها استفاده کرد.

انواع کامپیوتر کوانتومی قابل حمل 

سه محصول جدید معرفی شده توسط Science switch به ترتیب: Gemini mini  و Gemini و  Triangulum نام دارند و سطوح مختلف پیچیدگی و طراحی را ارائه می‌کنند. با این وجود هر سه آن‌ها از سیستم پردازش کوانتومی یکپارچه بهره میبرند.

کامپیوتر کوانتومی مدل Gemini mini

اولین مدل از کامپیوترهای قابل حمل مدل Gemini mini است که دارای ابعاد 200 در 350 در 260 میلی‌متری است که جزو محصول بیسیک این کمپانی محسوب می‌شود. این لپ‌تاپ دو کیوبیتی 14 کیلوگرم وزن داشته و کار مورد نظر را در کمتر از 20 میلی ثانیه انجام می‌دهد. به گفته شرکت سازنده، Gemini Mini می‌تواند بیش از 30 عملیات گیت را در یک کیوبیت انجام دهد و بیش از ده عملیات را در هنگام استفاده از یک مدار دو کیوبیتی اجرا کند. دیگر مشخصات آن شامل: نمایشگر یکپارچه، مصرف برق 60 وات و پشتیبانی از 18 الگوریتم نمایشی می‌شود که شامل مستندات و موارد آموزشی است.

کامپیوتر کوانتومی مدل Gemini

نسخه اصلی کامپیوتر کوانتومی Gemini، صفحه نمایش یکپارچه ندارد اما تعداد کیوبیت‌های آن از مدل Gemini mini بیشتر است. ظاهرا شرکت Spinq این مدل را برای کاربران حرفه‌ای‌تر طراحی کرده است. که از نظر قیمت هم گران‌تر از مدل Gemini mini است. این مدل کامپیوتر کوانتومی در محفظه‌ای شبیه به رایانه‌های Alienware شرکت Dell در اندازه  530 در 280 در 600 میلی‌متر تولید می‌شود. مصرف انرژی کامپیوتر کوانتومی Gemini 100 وات است و 44 کیلوگرم وزن دارد.

کامپیوتر کوانتومی مدل Triangulum

سومین کامپیوتر کوانتومی قابل حمل به نام Triangulum گران ترین مدل می‌باشد. این مدل در شاسی 40 کیلوگرمی خود، دارای سه کیوبیت اسپین NMR با زمان انسجام بیش از 40 میلی ثانیه است. از نظر عملکرد، Triangulum می‌تواند تنها 40 عملیات عمق گیت را در یک کیوبیت و حداکثر تا 8 عمق گیت را برای عملیات‌‎های دو یا سه کیوبیتی انجام دهد. بنابراین از نسخه اصلی Gemini ضعیف‌تر است. تنها دلیل گران بودن این دستگاه، کیوبیت اضافی و افزایش زمان انسجام آن است. از این سیستم جدید می‌توان از انواع مختلف کیوبیت استفاده کرد که قابلیت‌های پردازش کوانتومی متعددی را در اختیار کاربران قرار می‌دهد.

ایده اصلی برای تولید و ساخت کامپیوتر کوانتومی قابل حمل چیست؟

ایده اساسی که در پس کامپیوترهای کوانتومی نهفته می‌باشد این است که می‌توان از خواص و قوانین فیزیک کوانتوم برای  ادامه مطلب...