کامپیوتر کوانتومی چیست ؟
کامپیوتر کوانتومی یک نوع کامپیوتر است که از مکانیک کوانتومی برای انجام محاسبات استفاده می‌کند. در حالی که کامپیوترهای کلاسیک از بیت‌ها برای نمایش اطلاعات....
کامپیوتر کوانتومی چیست ؟
کامپیوتر کوانتومی یک نوع کامپیوتر است که از مکانیک کوانتومی برای انجام محاسبات استفاده می‌کند. در حالی که کامپیوترهای کلاسیک از بیت‌ها برای نمایش اطلاعات استفاده می‌کنند، کامپیوترهای کوانتومی از کیوبیت‌ها (یا بیت‌های کوانتومی) برای همین منظور بهره می‌برند.در تصویر زیر یکی از کامپیوتر های کوانتومی شرکت گوگل را مشاهده می کنید .
ویژگی‌های مهم کیوبیت‌ها:
- تداخل: کیوبیت‌ها می‌توانند در یک ترکیب خطی از حالت‌های 0 و 1 باشند. این وضعیت موسوم به حالت‌های "همزمان" است.
- هم‌پوشانی: به خاطر خصوصیات کوانتومی، یک کیوبیت می‌تواند همزمان در حالت 0 و 1 باشد.
از آنجا که کیوبیت‌ها می‌توانند در چندین حالت به طور همزمان باشند، کامپیوترهای کوانتومی می‌توانند برخی محاسبات را به طور همزمان انجام دهند، و در برخی موارد، این امکانات سرعت بسیار بالایی را برای حل مشکلات پیچیده فراهم می‌کند.
با این حال، کامپیوترهای کوانتومی همچنان در مراحل ابتدایی توسعه هستند و فعلاً فقط برای برخی از مسائل خاص موثر هستند. ولی با پیشرفت تکنولوژی، آن‌ها قدرتمندتر خواهند شد و می‌توانند تأثیر عمده‌ای در علوم کامپیوتر، فیزیک، شیمی و زمینه‌های دیگر داشته باشند.
در مورد این جمله بیشتر توضیح می دهیم : " به خاطر خصوصیات کوانتومی، یک کیوبیت می‌تواند همزمان در حالت 0 و 1 باشد"
این جمله به یکی از ویژگی‌های مهم و اساسی مکانیک کوانتومی اشاره دارد به نام "هم‌نهادگی" یا "Superposition" به زبان انگلیسی.
در کامپیوترهای کلاسیکی، بیت‌های اطلاعاتی فقط می‌توانند در یکی از دو حالت 0 یا 1 باشند. اما در کامپیوترهای کوانتومی، ما با "کیوبیت" (qubit) که واحد اطلاعات کوانتومی است، مواجه هستیم. یک کیوبیت می‌تواند در حالت هم‌نهادگی یا superposition قرار گیرد، به این معنی که همزمان در هر دو حالت 0 و 1 باشد.
به صورت ریاضی، حالت یک کیوبیت می‌تواند به صورت ترکیبی از حالت‌های اساسی 0 و 1 نوشته شود: ∣Ψ⟩=α∣0⟩+β∣1⟩ که در اینجا ∣Ψ⟩ حالت کیوبیت، ∣0⟩ و ∣1⟩ حالت‌های اساسی کیوبیت و α و β ضرایب پیچیده‌ای هستند که مربوط به احتمال‌های مربوطه می‌شوند.
هنگامی که یک کیوبیت کوانتومی اندازه‌گیری می‌شود، از حالت هم‌نهادگی خارج می‌شود و به یکی از حالت‌های 0 یا 1 تغییر پیدا می‌کند. احتمال این که در هر یک از این حالت‌ها باشد، برابر با مربع ویژگی‌های مربوطه (ضرایب) است.
ویژگی هم
نهادگی کیوبیت‌ها در کامپیوترهای کوانتومی اجازه می‌دهد که تعداد زیادی محاسبات به طور همزمان انجام شود. این خصوصیت کوانتومی یکی از دلایلی است که کامپیوترهای کوانتومی در برخی مسائل خاص، قادر به انجام محاسبات با سرعت بی‌نظیر و بسیار فراتر از توانمندی‌های کامپیوترهای کلاسیکی هستند.
به عبارت دیگر، این خصوصیت هم‌نهادگی اجازه می‌دهد که کامپیوترهای کوانتومی با استفاده از تعداد محدودی کیوبیت، فضای حالت‌های بسیار بزرگی را نمایانگری کنند و محاسباتی که برای کامپیوترهای کلاسیکی ناپذیر یا بسیار زمان‌بر است، را در زمان کوتاه انجام دهند.
در تصویر زیر یکی از کامپیوتر های کوانتومی شرکت IBM را مشاهده می کنید .
آیا کامپیوتر کوانتومی از منطق فازی پشتیبانی می کند ؟
کامپیوترهای کوانتومی و منطق فازی دو مفهوم متفاوت و با اصول و پایه‌های متفاوتی در فیزیک و ریاضیات هستند. اما بررسی همکاری این دو می‌تواند جالب باشد.
-
کامپیوترهای کوانتومی: این کامپیوترها بر پایه مکانیک کوانتومی و استفاده از تابع موج، سوپرپوزیسیون، و تشابه کار می‌کنند. هدف از طراحی کامپیوترهای کوانتومی حل مسائلی است که برای کامپیوترهای کلاسیک ناپذیر یا بسیار زمان‌بر است.
-
منطق فازی: منطق فازی متمرکز بر داده‌هایی است که در میانه بین حالت‌های صریح بله یا خیر قرار دارند. به عبارت دیگر، به جای داشتن دو حالت دقیق (0 یا 1)، مقادیر بینی مانند 0.5 یا 0.8 وجود دارد که نمایانگر درجات مختلف از حقیقت یا اطمینان هستند.
هم اکنون، کامپیوترهای کوانتومی به صورت مستقیم از منطق فازی پشتیبانی نمی‌کنند، چرا که سیستم‌های کوانتومی با تابع موج و اصول کوانتومی کار می‌کنند و نه با مقادیر فازی.
اما در تئوری، می‌توان فکر کرد که از کامپیوترهای کوانتومی برای محاسبات مربوط به منطق فازی استفاده شود، و این موضوع می‌تواند در آینده موضوع تحقیقات باشد.
به طور خلاصه، هرچند کامپیوترهای کوانتومی و منطق فازی از اصول متفاوتی استفاده می‌کنند، اما می‌توان از قابلیت‌های کامپیوترهای کوانتومی برای بهبود محاسبات منطق فازی بهره برد. این نوع ترکیب و همکاری در آینده می‌تواند موضوع تحقیقات جدیدی باشد.
کیوبیت چیست ؟
کیوبیت (به انگلیسی: Qubit)، که از ترکیب واژه‌های "کوانتوم" و "بیت" به وجود آمده، واحد اطلاعات اساسی در کامپیوترهای کوانتومی است. در حالت ساده‌تر، کیوبیت به معنی "بیت کوانتومی" است.
در کامپیوترهای کلاسیکی، بیت می‌تواند یکی از دو حالت ممکن، 0 یا 1، داشته باشد. اما کیوبیت، به خاطر خصوصیات مکانیک کوانتومی، می‌تواند همزمان در حالتی از هر دو حالت 0 و 1 باشد. این ویژگی به نام "هم‌نهادگی" یا "Superposition" شناخته می‌شود.
به صورت ریاضی، حالت یک کیوبیت می‌تواند به این صورت نوشته شود: ∣Ψ⟩=α∣0⟩+β∣1⟩ که در اینجا ∣Ψ⟩ حالت کیوبیت، ∣0⟩ و ∣1⟩ حالت‌های اساسی کیوبیت و α و β ضرایب پیچیده‌ای هستند که اطلاعاتی در مورد احتمال‌های مربوط به هر حالت را نشان می‌دهند.
ویژگی‌های کیوبیت مانند هم‌نهادگی و تانگلمنت (Entanglement) باعث می‌شوند که کامپیوترهای کوانتومی توانمندی‌های بسیار بیشتری نسبت به کامپیوترهای کلاسیکی داشته باشند، به ویژه در حل مسائل خاصی که برای کامپیوترهای کلاسیکی ناپذیر است.
آیا می توان از کامپیوتر کوانتومی برای ماینینگ شبکه های بیت کوین استفاده کرد ؟
تئوری می‌گوید که کامپیوترهای کوانتومی می‌توانند برخی مسائل را که برای کامپیوترهای کلاسیکی بسیار زمان‌بر هستند، در زمان قابل قبولی حل کنند. یکی از این مسائل، شکستن الگوریتم‌های رمزنگاری است که بسیاری از سیستم‌های امنیتی امروزی بر پایه آن‌ها بنا شده‌اند.
از آنجایی که شبکه بیت‌کوین و سایر ارزهای دیجیتال بر پایه الگوریتم‌های رمزنگاری ایجاد شده‌اند، تئوری می‌گوید که یک کامپیوتر کوانتومی قوی می‌تواند الگوریتم Proof-of-Work (اثبات کار) مورد استفاده در ماینینگ بیت‌کوین را به سرعت حل کند. این موضوع در واقع به این معنی است که اگر یک کامپیوتر کوانتومی به اندازه‌ی کافی قوی وجود داشته باشد، می‌تواند تمام شبکه بیت‌کوین را تحت کنترل خود درآورد.
ولی چند نکته مهم وجود دارد:
-
تکنولوژی فعلی: کامپیوترهای کوانتومی هنوز در مراحل ابتدایی توسعه هستند و توانمندی‌های لازم برای شکستن الگوریتم‌های رمزنگاری مورد استفاده در بیت‌کوین را ندارند.
-
آمادگی شبکه: در صورتی که کامپیوترهای کوانتومی به این قابلیت‌ها برسند، احتمال دارد که شبکه بیت‌کوین و سایر ارزهای دیجیتال به الگوریتم‌های رمزنگاری مقاوم در برابر حملات کوانتومی مهاجرت کنند.
-
ماینینگ: حتی اگر کامپیوتر کوانتومی بتواند الگوریتم‌های رمزنگاری را شکست بدهد، این به معنای قدرت ماینینگ فوری نیست. اما بله، اگر کامپیوتر کوانتومی به قدرت لازم برسد، این می‌تواند ساختار فعلی ارزهای دیجیتال و ماینینگ را به چالش بکشد.
نتیجه‌گیری: در حال حاضر، کامپیوترهای کوانتومی در وضعیت مناسبی برای ماینینگ بیت‌کوین یا شکستن الگوریتم‌های رمزنگاری مورد استفاده در آن نیستند. اما در آینده، با پیشرفت تکنولوژی کوانتومی، این چالش‌ها می‌توانند واقعیت پیدا کنند و لازم است که شبکه‌های ارز دیجیتال برای مواجهه با این تهدیدات آماده باشند.
دیدگاه های مربوط به این مقاله (برای ارسال دیدگاه در سایت حتما باید عضو باشید و پروفایل کاربری شما تکمیل شده باشد)