اولین اثبات از مزیت کامپیوترهای کوانتومی

۱۳ دی ۱۳۹۷
اولین اثبات از مزیت کامپیوترهای کوانتومی

برای سال ها بود که کامپیوترهای کوانتومی خیلی بیشتر از یک ایده نبودند. امروزه شرکت ها، دولت ها و سازمان های اطلاعاتی در زمینه توسعه تکنولوژی کوانتومی سرمایه گذاری زیادی می کنند. رابرت کندیگ، استاد تئوری سیستم های کوانتومی پیچیده در TUM، در همکاری با دیوید گسست از موسسه محاسبات کوانتومی در دانشگاه واترلو و سرگئی براویی از IBM، در حال حاضر یک سنگ بنایی در این زمینه امیدوار کننده بنا نهاده اند.

چرا کامپیوترهای کوانتومی سریعتر هستند؟

رایانه های متعارف طبق قوانین فیزیک کلاسیک مطابقت دارند. آنها بر تعداد باینری ۰ و ۱ تکیه می کنند. این اعداد برای عملیات ریاضی ذخیره می شوند و مورد استفاده قرار می گیرند. در واحد حافظه متعارف، هر بیت ( کوچکترین واحد اطلاعات ) با نقطه میکروسکوپی بر روی یک میکروچاپ نشان داده می شود. هر یک از این نقاط می توانند یک شارژ نگه دارد که تعیین کننده آن است که آیا بیت به ۱ یا ۰ تنظیم شده است.
با این وجود، در یک کامپیوتر کوانتومی، یک بیت می تواند همزمان هم ۰ باشد و هم ۱ باشد. این به این دلیل است که قوانین فیزیک کوانتومی الکترونها را در یک مکان مجزا قرار می دهند.

بیت کوانتومی یا کوبیت ها در حالت های مختلف همپوشانی دارند. این رخ داد که به اصطلاح “غالب شدن” نام دارد اجازه می دهد تا کامپیوترهای کوانتومی برای انجام عملیات در بسیاری از مقادیر در یک لحظه عمل کنند در حالی که یک کامپیوتر معمولی باید این عملیات را به طور پیوسته اجرا کند.
محاسبات کوانتومی در توانایی حل مسائل خاص به طور قابل توجهی سریعتر است.

از حدس و گمان تا اثبات

König و همکارانش در حال حاضر به طور قطعی مزیت رایانه های کوانتومی را نشان دادند. برای این منظور، آنها یک مدار کوانتومی را ایجاد کردند که می تواند مسئله خاصی را برای جبر “سخت” حل کند.

مدار جدید یک ساختار ساده دارد: تنها تعداد ثابت عملیاتی را در هر کوبی اجرا می کند. چنین مداری یک عمق ثابت دارد. محققان ثابت می کنند که مسئله ای در دست نیست که با استفاده از مدارات کلاسیک با عمق ثابت حل شود.

علاوه بر این آنها به این سوال پاسخ میدهند که چرا الگوریتم کوانتومی هرگونه مدار کلاسیک قابل مقایسه را شکست میدهد:
الگوریتم کوانتوم از مکان غیر فیزیکی کوانتومی بهره میبرد. پیش از این کار، مزیت رایانه های کوانتومی نه اثبات شده و نه تجربی نشان داده ، با وجود آنکه شواهد نشان داده که در این جهت بوده است.

یک مثال از الگوریتم کوانتومی کمی شور است ، چرا که به طور موثر مسئله فاکتورسازی اولیه را حل می کند.

با این حال، این صرفا یک حدس پیچیدگی نظری است که این مسئله را نمی توان بدون کامپیوتر کوانتومی حل کرد. همچنین قابل تصور است که روش مناسب برای کامپیوترهای کلاسیک به سادگی پیدا نشده است. یک قدم به سوی محاسبات کوانتومی رابرت کنیگ نتایج جدید را عمدتا به عنوان یک تئوری پیچیدگی در نظر می گیرد.

او می گوید:
“نتیجه ما نشان می دهد که پردازش اطلاعات کوانتومی واقعا مزایایی را ارائه می دهد ، بدون اینکه تکیه بر تخلفات نظری پیچیدگی اثبات نشده، زده باشد”.

فراتر از این، نقاط عطف جدیدی را در راه کامپیوترهای کوانتومی فراهم می کند. به علت ساختار ساده آن، مدار جدید کوانتومی یک نامزد برای تحقق الگوریتم های کوانتومی تجربی در دوره کوتاهی است.

 

نویسنده : علیرضا هوشمند

0
برچسب ها :
علیرضا هوشمند
نویسنده مطلب علیرضا هوشمند
دانشجوی ریاضی در دانشگاه صنعتی خواجه نصیرالدین طوسی. برنامه نویس تحت وب و متخصص سیستم های هوش تجاری

بدون دیدگاه

رسانه های همکار