توان یک کامپیوتر کوانتومی
برخلاف یک کامپیوتر کلاسیک ،هربارکه ما یک کیوبیت به یک کامپیوترکوانتومی می افزاییم ،توان سیستم دوبرابرمی شود.یک بیت کوانتومی یا کیوبیت رابه صورت یک سکه درنظربگیرید.برخلاف یک سکه کلاسیک که می تواند به هنگام پرتاب به صورت شیر یا خط فرود آید،درپرتاب یک سکه کوانتومی حالت گره خورده یا درهم پیچیده ای ازکیوبیت داریم به این معنی که می تواند به صورت هردورو (H)یا هردوپشت( T)ودر آن واحد به طور همزمان (@)در نظر گرفته شود . در موقعیت کلاسیک وقتی که سکه ی دوم را پرتاب می کنیم ، چهار حالت HH ،TT، HT، THرا خواهیم داشت ولیکن وقتی که ما یک کیوبیت دوم را اضافه می کنیم چهارحالت H@ ،@H، @@، T@، @T وجود خواهد داشت که افزایش قدرت محاسبه را در پی دارد که این خود نیروی محرکه ای را پدید می آورد تا تلاش بیشتری برای طراحی و ساخت کامپیوتر کوانتومی عملی به عمل آید. پیش گویی شده است که یک کامپیوترچهل کیوبیتی می تواند در اندکی بیشتر از صد مرحله ، می توانست دوباره پدید آید و محاسبه ای را انجام دهد. محاسبه ای که با یک کامپیوتر کلاسیکی شامل یک تریلیون بیت چندین سال به طور خواهد انجامید تا به پایان برسد. یک کامپیوتر صد کیوبیتی به مراتب قدرتمندتر عمل خواهد کرد تا اینکه همه ی کامپیوترهای موجود در دنیا به یکدیگر متصل شده باشند.
یک کامپیوتر کوانتومی با بسیاری از عملیات منطقی بر روی تعداد زیادی از کیوبیتها چکار می تواند انجام دهد ؟
هر گاه ما همه ی داده های ورودی را درون یک حالت برهم نهی از 0 و 1 قرار دهیم ، هر کدام از آنها بزرگی یکسانی را خواهند داشت ، در نتیجه ما اساسا کامپیوتری داریم که در یک حالت برهم نهی از همه ی داده های ورودی ممکن قرار دارد . حال اگر ما بخواهیم مجموعه ای از عملیات ورودی منطقی را برای اجرای یک محاسبه ، انجام دهیم ، نتیجه عبارت است از انطباق همه ی خروجیهای ممکن آن محاسبه . برای قرار دادن آنها در کنار یکدیگر به روش دیگر ، کامپیوتر همه ی محاسبات ممکن را یک دفعه و در یک لحظه و یک جا انجام می دهد.
این توازی کوانتومی حجیم نوید محاسبه ی کوانتومی را در آینده به ما می دهد . تنها مانع موجود ، آنست که کیوبیتها هم اکنون در یک حالت برهم نهی و انطباقی از همه ی پاسخهای ممکن قرار دارند.راهکار آنست که یک عملیات کوانتومی پیدا کنیم که تنها پاسخ صحیح را تقویت کند و احتمال همه ی خروجیهای دیگر را کاهش دهد. این قلمرویی از الگوریتم کوانتومی است.
الگوریتمهای کوانتومی
همان طورکه می دانیم یک کامپیوتر کوانتومی قادر خواهد بود تا هر عملی را که یک کامپیوتر کلاسیک قادر به انجام آن است ، انجام و اجرا کند. ولیکن این بدان مفهوم نیست که الزاما یک کامپیوتر کوانتومی می توانددراجرای همه ی عملیات وهرنوع عملیات ازکامپیوترهای کلاسیک پیشی بگیرد.به منظورواردکردن مسائل به درون یک کامپیوترما نیازداریم تا الگوریتم ها را به دقت تعریف وبنیانگذاری کنیم،الگوریتم مجموعه ای ازدستورالعمل های عمومیت یافته است که این امکان رابرای مافراهم می سازدتابتوانیم عملیات محاسبه ی معین وویژه ای رابه ترتیب اجراکنیم .هرگاه ما الگوریتم های کلاسیکی خودمان رابرروی یک کامپیوتر کوانتومی مورداستفاده قراردهیم،به سادگی محاسبات را به طریقه مشابه با یک کامپیوتر کلاسیک انجام واجرا خواهدکرد.
به منظورنشان دادن برتری آن وبهره برداری ازپدیده توازی کوانتومی ما نیا زداریم تاالگوریتم ها ی کوانتومی راپا یه گذاری کنیم. درزیردومثال ازالگوریتم های کوانتومی مطرح می کنیم.
الگوریتم شور Shor’s Algorithm
درحالی که فرموله کردن الگوریتم های کوانتومی آسان نیست،آن ها نتایج جالبی راپدید می آورند.مثال خوبی ازچنین الگوریتمی عبارتست ازالگوریتم عامل بندی کوانتومی که به وسیله پیترشورطراحی وبه وجودآمده است.هدف این الگوریتم شکستن یا تجزیه یک عدد بزرگ به عامل های اول آن است.درحالی که ضرب کردن اعداد بزرگ مانند 1237در3433آسان است،محاسبه ی عامل های اعداد بزرگی مانند621 246 4 بااستفاده ازیک کامپیوتر کلاسیک دشواراست.سختی به دست آوردن عامل های اعداد بزرگ درقلب نوعی ازاختفای داده ها نهفته شده است که به کلید عمومی یا اختفای RSAموسوم است که یکی ازمطمئن ترین روش های به کاررفته برای محافظت ازحساب های بانکی الکترونیکی می باشد.دراینجا،داده های مخفی شده به وسیله یک کلید عمومی (که داده ها راپنهان می کند)ویک کلیدخصوصی(که برای افشای داده ها به کاررفته است)انتقال داده می شود.کلید عمومی،ازطریق ضرب کردن دوعدد اول بزرگ دریکدیگر به دست آمده است.کلید خصوصی،یکی ازاعداداول می باشد.به منظوربازکردن کدهای یک پیغام کدگذاری شده با کلیدعمومی نیازداریم آن رابه عامل های اولیه اش تجزیه کنیم.این کاربرای کسی که یکی ازکلیدهای خصوصی رادردسترس دارد،آسان است اما اگرماتنها کلیدعمومی راداشته باشیم،این کاربسیارسخت خواهدبود.هرچه اعدادبزرگ وبزرگتر می گردند،سختی عملیات سریعا افزایش می یابد.درهرصورت،دراصل یک کامپیوترکوانتومی که درحال اجرای الگوریتم شور می باشد می تواند در عرض چند ثانیه کد رابشکند وآن را باز کند.
الگوریتم گراور( Graver’s Algorithm)
مثالی دیگرازیک الگوریتم کوانتومی مهم،الگوریتم گراورمی باشد که می تواند عملیات مرتب کردن داده ها راازمیان پایگاه های اطلاعاتی بزرگ ونامرتب انجام دهد.بااستفاده ازیک کامپیوتررایج روی یک مجموعه ای ازداده ها(Database) با Nداده ورودی،متوسطی از N/2 پرسش وجودخواهدداشت تاداده های لازم پیدا شوند.
درحالیکه کامپیوترکوانتومی ،N√استعلام را انتخاب ومطرح خواهدکردتا به داده ی مطلوب برسد.مثلا،یک پایگاه اطلاعاتی که دارای 10میلیون ورودی می باشد،به طورمتوسط پنج میلیون کاوش رابااستفاده ازیک کامپیوترکلاسیک درمقام مقایسه با ده هزار کاوش درکامپیوتر کوانتومی راانجام خواهد داد.هرچه که پایگاه اطلاعاتی بزرگترشده وبیشتر با یکدیگر ارتباط واتصال داده شده باشند،کامپیوترهای کوانتومی سریعترعمل خواهند نمود وزمان رابه طرزقابل توجهی کاهش خواهندداد.
نرم افزارهای کوانتومی
مسئله دیگر نرم افزارهای كوانتومی هستند كه حالت كوانتومی مشخصی دارند و كامپیوترهای کوانتومی را قادر می سازند وظیفه خاصی را انجام دهند. حاصل كار بسته به نسخه نرم افزار، متغیر خواهد بود. اما مشكل این است كه نرم افزار ها حالت یك بار مصرف خواهند داشت كه البته باعث رشد صنعت نر م افزاری خواهد شد و به نفع شركت های نرم افزاری است، ولی به تازگی محققان كشف كرده اند كه نرم افزار كوانتومی در شرایط خاص می تواند نقش كاتالیزوری را انجام دهد و طی فرآیند بدون مصرف شدن باعث اجرای عملیات شود.
ادامه دارد...
