کامپیوتر های کوانتومی

چگونه حافظه های کوانتومی می‌توانند رایانه ها را تغییر دهند؟

در سال ۲۰۱۲ فیزیکدانی به نام Seth Lloyd یک نرم‌افزار کوانتومی را به گوگلِ سرجی برین و لَری پیج متصل کرد و آن را Quoogle نامید: متور جستجوگری که از ریاضیاتی بر مبنای فیزیک ذرات زیر اتمی استفاده می‌کرد، که باعث می‌شد نتایج را حتی بدون پرسیدن یک سوال بدست آورد. چنین پیشرفتی نیازمند نسل جدیدی از حافظه ها بود: qRAM ها پاسخ مناسب برای این پیشرفت بودند qRAM یا همان حافظه دسترسی تصادفی کوانتومی.

فیزیکدان ما یعنی Lloyd در داستان خود می‌گوید: این ایده بسیار جالب است اما برین و پیج این ایده را رها کرده‌اند زیرا آنها می‌دانستند که شیوه کسب و کارشان به گونه‌ای است که باید همه چیز را در مورد همه کس بدانند.

اما با تمام این تفاسیر و گفته ها، qRAm به عنوان یک ایده هرگز ناپدید نشد. کامپیوتر های امروزی در به‌خاطر سپردن اطلاعات که توسط میلیارد ها بیت نشان داده می‌شوند، بسیار خوب عمل می‌کنند. اعداد جفت شده‌ای که می‌توانند صفر یا یک باشند. رم یا حافظه دسترسی تصادفی، اطلاعات را بصورت موقت ذخیره می‌کند که در اصطلاح به هر قسمت از داده، یک آدرس خاص را اختصاص می‌دهد که می‌تواند به‌صورت تصادفی قابل دسترس باشد. این قابلیت حافظه‌ها به ما اجازه می‌دهد هر زمانی که بخواهیم به اطلاعات ذخیره شده دسترسی داشته باشیم. رم باعث می‌شود پردازش های کامپیوتر سرعت بسیار بالایی داشته باشند؛ زیرا به لپ‌تاپ یا گوشی شما اجازه می‌دهد به سرعت به اطلاعاتی که مکرر در برنامه‌های مختلف استفاده می‌شود، از طریق حافظه رم دسترسی داشته باشد که باعث می‌شود نسبت به استفاده از هارد دیسک ها سرعت بسیار بالاتری را تجربه کنید. اما یک روز در آینده‌ای که ممکن است زیاد دور نباشد پردازنده‌های کامپیوتر ممکن است با پردازنده های کوانتومی جایگزین شوند: ماشین هایی که در جستجوی اطلاعات در دیتابیس های بزرگ بسیار خوب عمل می‌کنند، ماشین هایی که در یادگیری ماشینی و اپلیکیشن های هوش مصنوعی عملکرد بهتری خواهند داشت. رایانه های کوانتومی هنوز در حد یک ایده باقی مانده‌اند اما اگر روزی بتوانند این الگوریتم های بالقوه را به اجرا درآورند، باید برای دسترسی به رم از یک راه کاملا جدیدی استفاده کنند، آن ها به qRam احتیاج دارند.

کامپیوتر های کلاسیک مانند Thinkpad ها، آیفون ها یا حتی ابر رایانه ها با بهترین عملکردشان، پردازش های خود را از طریق ترجمه داده ها به یک، صفر یا ترکیبی از بیت های مختلف، انجام می‌دهند. بیت ها عملیات خود را انجام می‌دهند و در نهایت، نتیجه یک ترکیب دیگر از صفر و یک ها است. کامپیوتر های کوانتومی کاری با نتیجه نهایی صفر و یک ها ندارند و آن ها را از بین می‌برند اما در زمانی که در این کامپیوتر ها محاسبات اتفاق می‌افتد، کوانتوم بیت های آن ها یا همان qubit ها از طریق یک روش جدید با یکدیگر تعامل می‌کنند؛ از طریق قوانین فیزیکی که الکترون ها را اداره می‌کند. بجای این که تنها صفر یا یک باشد، یک کوانتوم بیت می‌تواند مقداری از هر دو باشد که توسط یک معادله ریاضی خاص کنترل می‌شود که این معادله ریاضی در حقیقت احتمال دریافت صفر یا یک را در زمانی که ارزش کوانتوم بیت را محاسبه می‌کنید، رمزگذاری می‌کند. همچنین کوانتوم بیت های چندگانه معادلات پیچیده‌تری دارند. اما نتیجه نهایی یک یا چندین رشته جفت شده محتمل است، که مقدار نهایی که به کاربر داده می‌شود توسط احتمالات رمزگذاری شده در معادلات، تعیین می‌شود.

این کوانتوم بیت های عجیب و غریب تا زمانی که آن ها را محاسبه نکرده‌اید، معادلات هستند سپس دوباره شبیه به بیت ها  می‌شوند بجز مقدار آن ها که ممکن است ریاضیات ذاتی غیر تصادفی داشته باشند که احتمالا برای پردازش هایی که برای کامپیوتر های امروزی بسیار سخت است، مفید باشد.

هنوز کامپیوتر های کوانتومی بهتر از رایانه های معمولی نیستند اما IBM به محققان پیشنهاد دسترسی به پردازشگر‌های ۲۰ کیوبیتی را می‌دهد از سویی دیگر Rigetti پردازنده های ۱۹ کیوبیتی را پیشنهاد می‌دهد در حالی که ابر رایانه های کلاسیک می‌توانند پردازش هایی تا ۵۰ کیوبیتِ کامپیوتر های کوانتومی را شبیه سازی کنند. فیزیکدان John Preskill اخیرا اعلام کرده است که دنیای تکنولوژی وارد عرصه جدیدی شده است جایی که رایانه های کوانتومی می‌توانند خارج از آزمایشات و ایده ها در آینده‌ای نزدیک وارد استفاده های عادی شوند. حکومت ایالات متحده آمریکا بخاطر پیامد های سایبری، تکنولوژی کوانتوم را بسیار جدی گرفته است همچنین بسیاری از فیزیکدانان و برنامه نویسان برای ساخت نرم افزار های کوانتومی در حال استخدام شدن هستند.

اما بسیاری از محققان امیدوارند راهی را پیدا کنند تا رایانه های کوانتومی در زمینه هوش مصنوعی و یادگیری ماشینی از طریق الگوریتم های کوانتومی پیشرفت کنند. این الگوریتم ها بسیار پیچیده هستند و باید دسترسی به میزان خاصی از دیتا داشته باشند، که یعنی نیاز به رم کوانتومی یا qRAM دارند.

qRAM ها مانند میلیارد ها بیت که به نحوی در چند کیوبیت ذخیره شده باشند نیستند. بلکه راهی هستند برای اعمال پردازش ها روی لیستی طویل از داده ها. در نهایت رم های معمولی شامل اطلاعاتی می‌شوند که برای برنامه خاصی ذخیره شده‌اند و آن برنامه به اطلاعات ذخیره شده به کمک مشخص کردن آدرس اطلاعات دسترسی پیدا می‌کند اما qRAM ها مقداری در دسترسی به اطلاعات ذخیره شده متفاوت عمل می‌کنند ولی در نهایت می‌توان گفت تنها روش دسترسی به اطلاعات در این دو رم متفاوت است و باید گفت که هیچ چیز کوانتومی درباره رم ها وجود ندارد، بخش کوانتومی و خاص رم های جدید این است که چگونه این رم مورد استفاده و دردسترس قرار می گیرد.

اساسا اگر اطلاعات ذخیره شده زیادی دارید مانند یک دیتابیس، یک الگوریتم کوانتومی می‌تواند کارهایتان را بهتر از یک کامپیوتر معمولی انجام دهد برای مثال در جستجوی اطلاعات یا جمع‌آوری اطلاعاتی خاص در مورد داده های شما عملکردی بسیار بهتر خواهد داشت. این می‌تواند برای صنعت مالی یا برای کمپانی های بزرگی مانند گوگل سود آور باشد. و اما یک بار دیگر قطعا به qRAM نیاز خواهیم داشت.

Michele Mosca دانشمندی که اظهار داشت: بسیاری از الگوریتم هایی که مردم در حال جستجوی آن ها هستند به یک نوع رم کوانتومی نیاز دارند. Michele Mosca که دانش آموخته دانشگاه Waterloo در کانادا است تحقیقات گسترده‌ای را در مورد کوانتوم رم ها انجام داده است و در ادامه سخن‌‌هایش می‌گوید: تمام چیزی که ما می‌توانیم برای کاهش هزینه های تولید و به عمل رساندن qRAM ها انجام دهیم، می‌تواند باعث کاهش زمان رسیدن به کامپیوتر های کوانتومی قابل استفاده شود. البته منظور ایشان به‌طور دقیق‌تر این است که تمام مراحل ساخت و پرداخت کامپیوتر های کوانتومی به تولید قطعه‌ای به نام qRAM بستگی دارد.

اما برای امروز که پردازش های کوانتومی در راه ساخت هستند بسیار خنده‌دار است که تصور کنیم کامپیوتر های کلاسیک در دوران ابتدایی خود اطلاعات را چگونه ذخیره می‌کردند. رم شامل حلقه های مغناطیسی متصل به سیم بود در جایی که هر حلقه یک بیت را نشان می‌داد و جهت گیری میدان مغناطیسی در سیم پیچ نشان دهنده مقدار بیت بود. اولین کامپیوتر تجاری ساخته شده در آمریکا UNIVAC-I نام داشت که روش دخیره اطلاعات در این کامپیوتر بسیار عجیب بود، اطلاعات در این کامپیوتر از طریق تبدیل پالس های الکتریکی به امواج صوتی از میان جیوه مایع ذخیره می‌شد. البته این حافظه که اطلاعات در آن ذخیره می‌شد یک حافظه دسترسی تصادفی نبود و شما بجای دسترسی به اطلاعات در زمانی که نیاز داشتید باید به اطلاعات مورد نظر خود با همان دستوری که روی لاین های حافظه نوشته شده است، دسترسی پیدا می‌کردید. این بدان معناست که شما به سرعت ‌نمی‌توانستید به هر اطلاعاتی که در حافظه ذخیره کرده‌اید دسترسی پیدا کنید.

اما یک رم کوانتومی دقیقا چه شکلی است؟ احتمالا به شکلی که Lloyd و تیمش در تجسم آن هستند، نیست. فیزیکدانان گاهی شوخی می‌کنند: پردازش های کوانتومی به‌عنوان یک رشته در گسترش جیوه مایع می‌تواند بسیار خوب عمل کنند! مطمئنا پیشرفت های تکنولوژی و ریاضیات بسیار زیاد دیگری باید اتفاق بیفتد تا متوجه شویم کامپیوتر ها چگونه بهینه سازی می‌شوند و اطلاعات به چه روشی در آن ها ذخیره خواهد شد.

Lloyd در یکی از گفت و گو های خود گفت: بسیار خرسند خواهم شد اگر کسی ما را برای ایده اصلی‌مان سرزنش کند. اگر ما بتوانیم اطلاعات کلاسیک را در حالت کوانتومی بارگذاری کنیم، یک نرم افزار عظیم را پدید خواهیم آورد که مناسب کامپیوتر های کوانتومی باشد. در نهایت کامپیوتر ها بیش از اینکه تنها چند الگوریتم ساده و فانتزی را به اجرا در‌آورند، توانایی دارند. و ظاهرا کامپیوتر ها منتظر راهی هستند تا الگوریتم های جدید بتوانند داده ها را جایگزین کرده و چکیده‌ای از آن را آماده کنند تا کامپیوتر ها بتوانند کاری مفید را انجام دهند.

لينک کوتاه: http://tech-news.ir/?p=68598

مطالب مرتبط

ديدگاه کاربران

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *

سوال امنیتی زیر را پاسخ دهید * Time limit is exhausted. Please reload CAPTCHA.