مقاله کامپیوتر های کوانتمی

دانلود مقاله کامپیوتر های کوانتمی

چکیده

طی پنجاه سال گذشته اجزای داخلی کامپیوترها به طور متوسط هر دو سال یکبار دو برابر کوچکتر شده‌اند و این در حالی است که به موازات کوچکی اندازه ، از نظر سرعت ، دو برابر شده‌اند . مدارهای امروزی از ترانزیستورها و سیمهایی درست شده‌اند که قطر آنها به یک صدم قطر موی انسان می‌رسد و به علت همین پیشرفت‌های اعجاب آور است که ماشینهای امروزی میلیونها برابر قویتر از پیشینیان خود هستند. اما این پیشرفت‌ها سرانجام روزی متوقف می‌شوند و تکنولوژی مدارهای مجتمع (IC) به حد نهایی خود می‌رسند.

فنون پیشرفته لیتوگرافی قادر است اجزای صد برابر کوچکتر از اجزای فعلی ، ایجاد کند. اما در این مقیاس (جایی که در آن حجم ماده بصورت مجموعه‌ای از اتم‌های منفرد می‌باشد) کارایی مدارهای مجتمع با اشکال مواجه می‌شود. با ده مرتبه کاهش دیگر در ابعاد ذرات خواص اصلی خود را ظاهر می‌کنند و یک اشتباه بسیار کوچک باعث خراب شدن IC می‌شود. بنابراین در آینده اگر کامپیوترها باز هم کوچکتر از این شوند. در آن صورت باید تکنولوژی جدیدی را جایگزین فن آوری فعلی کرد و تغییرات اساسی در ساخت و طراحی کامپیوترها داد.

چند دهه قبل ، پیشروانی نظیر لندر و چارلز از مرکز پژوهش توماس ج. واتسون پژوهش درباره فیزیک مدارهای پردازشگر اطلاعات را آغاز کرده و پرسشهایی از این قبیل را در مورد کوچکتر شدن آنها مطرح کردند : اجزای مدارها تا چه اندازه می‌توانند کوچک شوند ؟، جه مقدار انرژی باید مصرف این کار شود. از آنجا که کامپیوترها ابزاری فیزیکی هستند ، لذا عملکردهای اصلی آنها نیز بوسیله قوانین فیزیک توضیح داده می‌شود. مطابق با اصول فیزیکی ، اگر اجزای مدارهای کامپیوتر خیلی کوچک شوند ، باید عملکرد آنها را با مکانیک کوانتوم تشریح کرد. در اوایل دهه ۱۹۸۰ پاول بنی اف نشان داد که کامپیوتر از نظر اصولی می‌تواند براساس مکانیک کوانتومی کار کند. اندکی بعد دیوید دویچ از دانشگاه آکسفورد و دیگر دانشمندان نمونه سازی از کامپیوترهای کوانتومی شروع کردند و نشان دادند چگونه ممکن است این کامپیوترها متفاوت از کامپیوترهای کلاسیک عمل کنند. آنها بویژه از این مساله شگفت زده شده بودند که آیا ممکن است پدیده‌های مکانیک کوانتوم محاسبات را به صورت اعجاب آوری سریعتر کند ؟

این یک آغاز وشروع تحقیقات راجع به کامپیوتر های کوانتمی بود.دانشمندان بسیاری تحقیقات خود را درباره ساختار های کوانتمی مواد، احتمالات کوانتمی ، بیت های کوانتمی و الگوریتم های  کوانتمی برای حل مسائلی که توسط کامپیوتر های کلاسیک بسیار مششکل می نمود آغاز کردند. شایان ذکر است که این مبحث بسیار جوان است و چندین دهه بیشتر از عمر آن نمی گذرد. بسیاری از تحقیقات در رابطه با کامپیوتر های کوانتمی بسیار جوان و بیشتر به صورت نظری می باشند و نظریه کامپیوتر های کوانتمی همچنان راهی طولانی در پیش دارد. در این مقاله ابتدا به بررسی برخی مفاهیم تئوری درباره کامپیوتر های کوانتمی می پردازیم و سپس در رابطه با ساخت عملی آن بحث خواهیم کرد.

–

مقدمه

فیزیک کوانتومی مهم ترین دستاورد علم بشری در توصیف طبیعت است. این نظریه که در سالهای ۲۷-۱۹۲۵ توسط «ورنر هایزنبرگ»، «اروین شرودینگر»، «پل دیراک»، «ماکس پلانک» و چند تن دیگر پایه گذاری شد، اساس تمام ادراک امروزی ما از عالم است. به بیان دقیق تر، مکانیک کوانتومی مجموعه ای از قوانین، روابط ریاضی و مفاهیم فلسفی است که توصیف کننده رفتار ذرات بنیادین تشکیل دهنده عالم است. البته با تعمیم همین قوانین و روابط، می توان رفتار تمام سیستم های فیزیکی ای که پیش از آن بررسی شده بودند را نیز بررسی و تعیین کرد.

–

فهرست مطالب

چکیده ۱
مقدمه ۴
مکانیک کوانتومی ۱۹
اصول کامپیوتر های کوانتمی ۲۱
اطلاعات کوانتومی ۲۱ الگوریتم ها و تصحیح خطا ۲۲
تشدید مغناطیسی هسته ۲۶
یون های منجمد شده ۳۰
روش های دیگر ۳۲
نانو ترانزیستورهای کوانتومی۳۵
کامپیوتر کوانتمی اسپین هسته با پایه سیلیسیم ۳۸
محاسبه کوانتمی با آرایه‌ای از P31 در سیلیسیم ۴۰
سنجش اسپین ۴۶
آماده کردن کامپیوتر ۴۷
ناهمدوسی اسپینی حاصل از دریچه‌ها ۴۸
ساختن کامپیوتر ۵۰
سیر تحول تاریخی کامپیوترهای کوانتمی ۵۲
نقطه‌های کوانتومی: دستیابی به نسل جدیدی از کامپیوترهای کوانتومی۵۶

نتیجه گیری ۶۱
منابع و ماخذ ۶۴