قطعه ابررسانای جدید در رایانه های كوانتومی

به گزارش نیو وبلاگ به نقل از ایسنا و به نقل از انگجت، رایانه های كوانتومی نسل جدید رایانه ها هستند كه می توانند در دنیای فناوری و رایانه انقلابی شگرف تولید كنند و در آینده نه چندان دور در بازار به وفور دیده خواهند شد.
در حال حاضر شركت های بزرگ فعال در این عرصه از جمله "آی. بی. ام"(IBM) تلاش های گسترده ای در تولید رایانه ها و پردازنده های كوانتومی را شروع كرده اند.
در همین راستا آی. بی. ام در ماه مه از نخستین پردازنده كوانتومی خود كه با استفاده از شبكه تلفیقی الماس و سیلیكون تولید شده بود، رونمایی كرد.
گوگل از سوی دیگر در حال كار بر روی سرویس ابری رایانه های كوانتومی است و مایكروسافت هم زبان برنامه نویسی آن را منتشر كرده است.
در كنار تمام این تلاش ها، اینتل هم یك قدم بزرگ دیگر برداشته است و با استفاده از دانش مهندسی مواد پیشرفته یك قطعه ابررسانا برای رایانه های كوانتومی تولید كرده است و در اختیار شركت "كیوتك"(QuTech)، شریك هلندی اینتل در زمینه رایانه های كوانتومی، قرار داده است.
بنا بر اعلام اینتل واحدهای داده ای در رایانه های كوانتومی موسوم به "كوبیت"(qubit) در دمایی 250 برابر سردتر از دمای فضا كار می كنند و بنابراین بسیار حساس هستند و باید در محیط هایی قرار داشته باشند كه از نابودی داده ها جلوگیری شود.
گروه های تحقیقاتی اینتل در آریزونا و اورگان آمریكا موفق شدند راهی برای تولید چیپ های 17 كوبیتی بیابند كه می توانند در دماهای بالا با ثبات بیشتری كار كنند.
این چیپ می تواند 10 تا 100 برابر نمونه های موجود ارسال و دریافت داده داشته باشد و می توان از آن برای ساخت چیپ های بزرگ تر هم استفاده كرد.
قرار است شركت كیوتك الگوریتم های محاسباتی متنوعی را بر روی این چیپ آزمایش كند و سرآغازی برای دوران محاسبات كوانتومی باشد.
رایانه كوانتومی ماشینی است كه از پدیده ها و قوانین مكانیك كوانتوم مانند برهم نهی(Superposition) و درهم تنیدگی(Entanglement) برای انجام محاسباتش استفاده می كند.
رایانه های كوانتومی با رایانه های فعلی كه با ترانزیستورها كار می كنند تفاوت اساسی دارند. ایده اصلی كه در پس رایانه های كوانتومی نهفته است این است كه می توان از خواص و قوانین فیزیك كوانتوم برای ذخیره سازی و انجام عملیات روی داده ها استفاده كرد. یك مدل تئوریك و انتزاعی از این ماشین ها، ماشین تورینگ كوانتومی(Quantum Turing Machine) است كه رایانه كوانتومی جهانی(Universal Quantum Computer) هم نامیده می گردد.
اگرچه محاسبات كوانتومی تازه در ابتدای راه قرار دارد، اما آزمایش هایی انجام شده كه طی آنها عملیات محاسبات كوانتومی روی تعداد بسیار كمی از كوبیت ها اجرا شده است. تحقیقات نظری و عملی در این زمینه ادامه دارد و خیلی از موسسات دولتی و نظامی از تحقیقات در زمینه رایانه های كوانتومی چه برای اهداف غیرنظامی و چه برای اهداف امنیتی مثل "تجزیه و تحلیل رمز"(Cryptanalysis) حمایت می كنند. اگر رایانه های كوانتومی در مقیاس بزرگ ساخته شوند، می توانند مسائل خاصی همچون "الگوریتم شُور"(Shor's Algorithm) را با سرعت خیلی زیاد حل كنند. البته باید توجه داشت كه توابعی كه توسط رایانه های كلاسیك "محاسبه پذیر"(Computable) نیستند، توسط رایانه های كوانتومی هم محاسبه پذیر نخواهند بود. این رایانه ها نظریه چرچ-تورینگ را رد نمی كنند. رایانه های كوانتومی فقط برای ما سرعت بیشتر را به ارمغان می آورند.
بین رایانه های كلاسیك و رایانه های كوانتومی نسل آینده تفاوت اساسی وجود دارد. یك رایانه كلاسیك برپایه قوانین فیزیك كلاسیك دستورات از پیش تعیین شده ای را اجرا می كند، اما یك رایانه كوانتومی دستگاهی است كه یك پدیده فیزیكی را بر مبنای مكانیك كوانتومی به صورت منحصربه فردی درمی آورد تا به صورت اساسی یك حالت جدید از پردازش اطلاعات را تشخیص دهد.
در یك رایانه معمولی اطلاعات به صورت یك سری بیت كدگذاری می شوند و این بیت ها با استفاده از گیت های منطقی بولین كه سری هستند برای نتیجه نهایی دستكاری می شوند به طور مشابه یك رایانه كوانتومی، كوبیت ها یا بیت های كوانتومی را با اجرای یكی از گیت های كوانتومی دستكاری می كند و هر واحد انتقال بر روی یك تك كوبیت یا یك جفت كوبیت عمل می كند. با به كار بردن این كمیت های متوالی یك رایانه كوانتومی می تواند یك واحد انتقال پیچیده با استفاده از مجموعه ای از كوبیت ها در بعضی حالات ابتدایی تولید كند.
پیشبرد پروژه تولید رایانه های كوانتومی در یك رایانه كوانتومی به جای استفاده از ترانزیستورها و مدارهای رایانه ای معمولی از اتم ها و سایر ذرات ریز برای پردازش اطلاعات استفاده می گردد. یك اتم می تواند به عنوان یك بیت حافظه در رایانه عمل كند و جابجایی اطلاعات از یك محل به محل دیگر هم توسط نور امكان می پذیرد.
گروهی از محققان در دانشگاه میشیگان برای ذخیره اطلاعات با استفاده از حالت مغناطیسی اتم از یك اتم كادمیم به دام افتاده در میدان الكتریكی استفاده كردند. در این روش انرژی توسط یك لیزر به درون اتم پمپاژ شده و اتم وادار به گسیل فوتونی می گردد كه رونوشتی از اطلاعات اتم را دربردارد و توسط آشكارساز قابل تشخیص است.
ذخیره اطلاعات در رایانه ها به صورت سری هایی از بیت های با حالت های روشن و خاموش صورت می گیرد. در اتم كادمیم در صورتی كه میدان های مغناطیسی كوچك هسته و الكترون های بیرونی در یك جهت قرار بگیرند روشن و در خلاف جهت خاموش محسوب می شوند. محققان بر این باورند كه اتم كادمیم در هریك از این حالات كه باشد می تواند هزاران سال در همان حالت بماند.