آینده کامپیوترهای کوانتومی؛ غیرممکن‌هایی که با فناوری ممکن می‌شود

به گزارش خبرگزاری علم و فناوری آنا، مزیت کوانتومی نقطه عطفی است که حوزه محاسبات کوانتومی به شدت در حال حرکت به سمت آن است، جایی که یک کامپیوتر کوانتومی می‌تواند مشکلاتی را حل کند که فراتر از توان قوی‌ترین کامپیوتر‌های غیرکوانتومی یا کلاسیک است.

کوانتوم به مقیاس اتم‌ها و مولکول‌ها اشاره می‌کند به طوری که قوانین فیزیک هنگام تجربه آن‌ها از هم می‌پاشد و مجموعه‌ای متفاوت از قوانین غیرمعمول و عجیب را از خود بروز می‌دهد. کامپیوتر‌های کوانتومی از این رفتار‌های عجیب برای حل مشکلات استفاده می‌کنند.

برخی از انواع مشکلات وجود دارد که حل آن‌ها برای رایانه‌های کلاسیک غیر ممکن است، مانند شکستن الگوریتم‌های رمزگذاری پیشرفته.

تحقیقات در دهه‌های اخیر نشان داده است که کامپیوتر‌های کوانتومی توانایی حل برخی از این مشکلات را دارند. به طوری اگر بتوان یک کامپیوتر کوانتومی ساخت که یکی از این مشکلات را حل کند، مزیت کوانتومی را مشاهده خواهیم کرد.

یک فیزیکدان که پردازش اطلاعات کوانتومی و کنترل سیستم‌های کوانتومی را مطالعه می‌کند معتقد است که این مرز نوآوری علمی و فناوری نه تنها نویدبخش پیشرفت‌های پیشگامانه در محاسبات است، بلکه نشان‌دهنده افزایش گسترده‌تر فناوری کوانتومی، از جمله پیشرفت‌های قابل توجه در رمزنگاری کوانتومی و سنجش کوانتومی است.

مرکز محاسبات کوانتومی بیت کوانتومی یا کیوبیت است. برخلاف بیت‌های کلاسیک که تنها می‌توانند در حالت‌های صفر(0) یا یک (۱) باشند، یک کیوبیت می‌تواند در هر حالتی باشد که ترکیبی از صفر و  یک  است. این حالت صفر و یک به عنوان برهم نهی کوانتومی شناخته می‌شود. با هر کیوبیت اضافی، تعداد حالاتی که می‌توانند توسط کیوبیت‌ها نمایش داده شوند، دو برابر می‌شود.

کاربرد‌های رایانش کوانتومی چیست؟

رایانش کوانتومی کاربرد‌های بالقوه‌ای دارد که در آن می‌تواند عملکرد بهتری نسبت به کامپیوتر‌های کلاسیک داشته باشد. در رمزنگاری، کامپیوتر‌های کوانتومی یک فرصت و هم یک چالش هستند. از همه مشهورتر، آن‌ها ظرفیت رمزگشایی الگوریتم‌های رمزنگاری فعلی را دارند.

یکی از پیامد‌های این موضوع این است که پروتکل‌های رمزنگاری امروزی باید دوباره مهندسی شوند تا در برابر حملات کوانتومی آینده مقاوم باشند. این شناخت منجر به زمینه رو به رشد رمزنگاری پسا کوانتوم شده است.

پس از یک فرآیند طولانی، موسسه ملی استاندارد و فناوری اخیرا چهار الگوریتم مقاوم در برابر کوانتوم را انتخاب کرده و فرآیند آماده‌سازی آن‌ها را آغاز کرده است تا سازمان‌های سراسر جهان بتوانند از آن‌ها در فناورب رمزنگاری خود استفاده کنند.

علاوه بر این، رایانش کوانتومی می‌تواند به طور چشمگیری شبیه‌سازی کوانتومی را سرعت ببخشد مانند توانایی پیش بینی نتیجه آزمایش‌هایی که در قلمرو کوانتومی عمل می‌کنند.  

شبیه‌سازی کوانتومی ظرفیت پیشرفت‌های قابل توجهی را در شیمی و علم مواد ارائه می‌دهد و به حوزه‌هایی مانند مدل سازی پیچیده ساختار‌های مولکولی برای کشف دارو کمک می‌کند و کشف یا ایجاد مواد با خواص جدید را ممکن می‌سازد.

یکی دیگر از کاربرد‌های فناوری اطلاعات کوانتومی، سنجش کوانتومی است: تشخیص و اندازه گیری ویژگی‌های فیزیکی مانند انرژی الکترومغناطیسی، گرانش، فشار و دما با حساسیت و دقت بیشتر نسبت به ابزار‌های غیر کوانتومی.

سنجش کوانتومی کاربرد‌های بی‌شماری در زمینه‌هایی مانند نظارت بر محیط زیست، اکتشافات زمین شناسی، تصویربرداری پزشکی و نظارت دارد.

ابتکاراتی مانند توسعه اینترنت کوانتومی که کامپیوتر‌های کوانتومی را به هم متصل می‌کند، گام‌های مهمی در جهت ایجاد پل ارتباطی بین دنیای رایانش کوانتومی و کلاسیک هستند.

این شبکه را می‌توان با استفاده از پروتکل‌های رمزنگاری کوانتومی مانند توزیع کلید کوانتومی ایمن کرد که کانال‌های ارتباطی فوق امن را که در برابر حملات محاسباتی محافظت می‌شوند، از جمله آن‌هایی که از کامپیوتر‌های کوانتومی استفاده می‌کنند، ممکن می‌سازد.

به‌رغم یک مجموعه کاربردی رو به رشد برای محاسبات کوانتومی، توسعه الگوریتم‌های جدیدی که از مزیت کوانتومی به طور کامل در یادگیری ماشین استفاده می‌کنند، همچنان حوزه مهمی از تحقیقات در حال انجام است.

مزیت کوانتومی می‌تواند به اندازه هوش مصنوعی مولد مخرب باشد

محاسبات کوانتومی ممکن است روزی به اندازه ورود هوش مصنوعی مولد مخرب باشد. در حال حاضر، توسعه فناوری محاسبات کوانتومی در مقطعی حیاتی قرار دارد.

محققان در گوگل و بعداً تیمی از محققان در چین مزیت کوانتومی را برای تولید فهرستی از اعداد تصادفی با ویژگی‌های خاص نشان دادند.

 از سوی دیگر، در صورتی که نتایج عملی در کوتاه مدت محقق نشود، خطر ملموسی برای ورود به «زمستان کوانتومی» وجود دارد، دوره‌ای از کاهش سرمایه گذاری در این حوزه مهم.

 در حالی که صنعت فناوری در حال تلاش برای ارائه مزیت کوانتومی در محصولات و خدمات در کوتاه مدت است، تحقیقات آکادمیک همچنان بر بررسی اصول اساسی زیربنای این علم و فناوری جدید متمرکز است.

 این تحقیقات بنیادی مستمر، که توسط محققان تقویت می‌شود، تضمین می‌کند که این رشته به پیشرفت خود ادامه خواهد داد.