کامپیوتر کوانتومی چیست

با داغ‌شدن بازار شایعات در مورد دستاورد اخیر گوگل، چنین به نظر می‌رسد که برای نخستین‌بار یک دستگاه رایانه‌ی کوانتومی توانسته است محاسبه‌ای را یک‌میلیارد بار سریع‌تر از قوی‌ترین ابررایانه‌ی کنونی جهان انجام دهد. به همین بهانه نگاهی می‌اندازیم به ساختار رایانه‌ی کوانتومی و آنچه در آینده‌ی نه‌چندان دور، در انتظار ما خواهد بود.

شاید باورتان نشود که چه قدرتی در جیب‌های ما پنهان است. منظورمان گوشی‌های هوشمند امروزی است که قدرت پردازش آن‌ها، از ابررایانه‌های نظامی نیم‌قرن پیش که فضایی به‌اندازه‌ی یک اتاق را اشغال می‌کردند، بیشتر است. در اوج جنگ جهانی دوم، رئیس شرکت IBM تصور می‌کرد که فقط پنج دستگاه رایانه‌ی همه‌جانبه مانند «انیاک» برای حل همه‌ی مشکلات جهان کافی است؛ اما امروز، رایانه‌هایی به‌مراتب سریع‌تر در جای‌جای زندگی بشر حضور دارند و وابستگی ما به استفاده از آن‌ها هم روزبه‌روز بیشتر می‌شود. توسعه‌ی رایانه‌ها و ابررایانه‌ها به‌قدری سریع پیش می‌رود که پیش‌بینی شده تا سال ۲۰۴۰ میلادی (۱۴۱۹ شمسی)، انرژی مصرفی همه‌ی رایانه‌ها و ابزارهای همراه از توان فناوری‌های امروز برای تولید انرژی فراتر خواهد رفت و جهان شاهد خاموشی‌های گسترده خواهد بود.

 

رایانهٔ کوانتومی (به انگلیسی: Quantum computer) ماشینی است که از پدیده‌ها و قوانین مکانیک کوانتوم مانند برهم نهی (Superposition) و درهم تنیدگی (Entanglement) برای انجام محاسباتش استفاده می‌کند. رایانه‌های کوانتومی با رایانه‌های فعلی که با ترانزیستورها کار می‌کنند تفاوت اساسی دارند. ایده اصلی که در پس رایانه‌های کوانتومی نهفته است این است که می‌توان از خواص و قوانین فیزیک کوانتوم برای ذخیره‌سازی و انجام عملیات روی داده‌ها استفاده کرد. یک مدل تئوریک و انتزاعی از این ماشین‌ها، ماشین تورینگ کوانتومی (Quantum Turing Machine) است که رایانه کوانتومی جهانی (Universal Quantum Computer) نیز نامیده می‌شود.

اگر چه محاسبات کوانتومی تازه در ابتدای راه قرار دارد، اما آزمایش‌هایی انجام شده که در طی آن‌ها عملیات محاسبات کوانتومی روی تعداد بسیار کمی از کوبیت‌ها اجرا شده‌است. تحقیقات نظری و عملی در این زمینه ادامه دارد و بسیاری از موسسات دولتی و نظامی از تحقیقات در زمینه رایانه‌های کوانتومی چه برای اهداف غیرنظامی و چه برای اهداف امنیتی (مثل تجزیه و تحلیل رمز، Cryptanalysis) حمایت می‌کنند. اگر رایانه‌های کوانتومی در مقیاس بزرگ ساخته شوند، می‌توانند مسائل خاصی را با سرعت خیلی زیاد حل کنند (برای مثال الگوریتم شُور، Shor's Algorithm). البته باید توجه داشت که توابعی که توسط رایانه‌های کلاسیک محاسبه پذیر (Computable) نیستند، توسط رایانه‌های کوانتومی نیز محاسبه پذیر نخواهند بود. این رایانه‌ها نظریه چرچ-تورینگ را رد نمی‌کنند. رایانه‌های کوانتومی فقط برای ما سرعت بیشتر را به ارمغان می‌آورند.