مقاله کوانتوم کامپیوتر

دانلود مقاله کوانتوم کامپیوتر

چرا کامپیوتر کوانتومی مطالعه می‌شود؟
در جامع رایج، کامپیوترها،‌ در همه جا، روز و شب به ‏کار می‌روند. کامپیوترها در زندگی معمولی ما و حرفه‌ ‏ما نقش اصلی را دارند.‏
اخیراً‌ هنگام به کارگیری کامپیوترهای کنونی، در ‏موقعیتهای مختلف با مشکلاتی مواجه شده‌ایم. یکی از این ‏مشکلات اطمینان به ارتباط بین کامپیوترها در شبکه ‏می‌باشد. این مشکل جدی است. هنگامی که یک مدرک سری ‏بین دو کامپیوتر مبادله می‌شود می‌تواند توسط دسته‌سومی ‏از کامپیوترها هم خوانده شود.‏
برای پیشگیری از چنین مشکلاتی سیستمهای رمزی مورد ‏توجه قرار گرفت و به صورت وسیع بر روی آن تحقیق شد. ‏از میان انواع مختلف سیستمهای رمزی، سیستمهای رمزی ‏کلید عمومی ‏RSA‏ بیشتر استفاده شد.‏
‏ این سیستمها بر اساس عامل مشترک یک عدد صحیح بزرگ ‏عمل می‌کنند که به سختی انجام می‌شود و یا ممکن است ‏حتی با ابرکامپیوترهای رایج هم سالها طول بکشد،‌ تا ‏حل شود. طرح رمزی کنونی به وسیله‌ تمرکز بر یک نقطه ‏کم توان کامپیوتر انجام می‌شود.‏
از آنجایی که ساختن این سیستمها ساده است به صورت ‏معمول در ارتباط بین کامپیوترها به کار می‌روند.‏
هر چند در سال ۱۹۹۴، ‏p-shor‏ در آزمایشگاه «‏AT, T‏ » ‏کشف کرد که چنین عامل مشترکی ممکن است با یک نمونه ‏کامپیوتر که ماشینی ترینگ کوانتومی خوانده می‌شود و ‏اساس یک کامپیوتر کوانتومی است،‌ بسیار سریع تر ‏محاسبه می‌شود. این کشف به نوعی به کامپیوتر کوانتومی ‏برجستگی داده است که ممکن است به رمز گشاینده‌های ‏کامپیوتر فرصت دهد تا با موفقیت،‌ حتی به نفوذ ‏ناپذیرترین سیستمهای طرح رمزی عملاً‌ در زمانی کوتاه ‏یورش برند.‏
بر خلاف اطلاعات عددی ۰ و ۱ پردازش کامپیوترهای رایج، ‏کامپیوترهای کوانتومی موقعیت بالای ۰ و ۱ را پردازش ‏می‌کنند. (به عنوان مثال ۰ در بعضی از درصدها و نیز ۱ ‏در بعضی درصدها) بنابراین مورد اخیر با مورد قبلی ‏تفاوت دارد.‏
دلیل دیگری برای اینکه چرا پیدایش کامپیوترهای ‏کوانتومی پیش بینی شده است وجود دارد و آن این است ‏که حل عامل مشترک اعداد بزرگ با کامپیوترهای کلاسیک ‏بسیار مشکل است.‏
پس آیا کامپیوترهای سریع می‌توانستند چنین عامل ‏مشترکی را به راحتی حل کنند؟
سرعت بالای کامپیوترها بستگی به سرعت بالای ‏cpu‏ ها ‏دارند و ساختن ‏cpu‏ ها سریعتر هم احتیاج به ترکیب ‏مقیاس بزرگتری از ‏cpuها دارد که می‌تواند در تراکم ‏بالاتر ترانزیستورهای ‏cpuهای مشابه در نظر گرفته شود.‏
با این حال، آن ترانزیستورها،‌ هنگام نزدیک نمودن به ‏اندازه اتمها یعنی جایی که با علم مکانیک کوانتومی ‏عمل کردند به محدودیتهای فیزیکی اساسی رسیدند.‏
Cpu‏ ها برای کامپیوترهای کوانتومی شامل المانهای ‏اصلی مثل الکترونها و فوتونها خواهد بود. بنابراین ‏الکترونها و فوتونها می‌توانستند بسیار کوچکتر از ‏ترانزیستورهایی باشند که در کامپیوترهای کلاسیک به ‏کار می‌روند.‏
اندازه‌ کنترل کننده‌هایی که این المانهای کوچک را ‏کنترل می‌کنند به میزان پیشرفت علم و تکنولوژی بستگی ‏خواهد داشت.‏
با این حال اکثر دانشمندان و محققان در آزمایشگاههای ‏دانشگاه و مؤ‌سسه‌ها تصدیق نمودند که کارهای عقب مانده ‏بسیاری برای ساختن کامپیوترهای کوانتومی مفید عملی ‏یا تجاری وجود دارد.‏

کامپیوتر کوانتوم:‏
کامپیوتر کوانتوم طرحی است که کاربرد ‏‏«ماوراء‌موقعیتهای»‌ کیفیتهای کوانتوم را بررسی می‌کند. ‏کامپیوترهای کوانتوم کوچک اخیراً‌ ساخته شده و در حال ‏پیشرفت می‌باشند.‏
پیش بینی می‌شود که با ساخت کامپیوترهای کوانتوم در ‏مقیاس بزرگتر بتوان مسائل معین و ویژه‌ای را سریعتر ‏از کامپیوترهای کلاسیک حل کرد. کامپیوترهای کوانتوم ‏با کامپیوترهای کلاسیک نظیر برخی «کامپیوترهای ‏کوانتوم نقطه‌ای» ‏‎,‎‏ «کامپیوترهایDNA‏»‏
و «کامپیوترهای ترانزیستوری» تفاوت دارند با وجود آن ‏همه‌ آنها از عوامل مکانیکی کوانتوم متفاوت با کیفیت ‏ماوراء‌ موقعیتها استفاده می‌کنند.‏
ساختار کامپیوترهای کوانتوم:‏
در مکانیک کوانتوم،‌ قرار گرفتن یک ذره در دو مکان یا ‏موقعیت در یک زمان معین امکان‌پذیر می‌باشد. این کاملاً‌ ‏مشابه ‏schrodinger;s cat‏ می‌باشد که در یک زمان هم زنده و ‏هم مرده است. توانایی قرار داشتن در چند موقعیت ‏مختلف در یک زمان معین را «ماوراء موقعیت» می‌نامند.‏
یک کامپیوتر کلاسیک دارای حافظه‌ای است که متشکل از ‏‏«بیتها»‌ می‌باشد. هر بیت در برگیرنده ۱ و ۰ است. طرح ‏توسط کنترل این بیتها محاسبه می‌شود.‏
یک کامپیوتر کوانتوم شامل یک سری «کیوبیتها» می‌باشد. ‏هر کیوبیت می‌تواند تنها در برگیرنده یک و یا صفر و ‏یا یک و صفر باشد. به عبارت دیگر قادر به در برگرفتن ‏یک و صفر بطور همزمان می‌باشد.‏
محاسبه در کامپیوترهای کوانتوم توسط کیوبیتها انجام ‏می‌شود. یک کامپیوتر کوانتوم با بکارگیری ذره کوچکی ‏که دارای دو موقعیت هستند عمل می‌کند.‏
کامپیوترهای کوانتوم ممکن است از اتمهایی ساخته شده ‏باشند که در یک زمان هم تحریک شده و هم تحریک نشده ‏باشند و یا امکان دارد از «فوتون‌های»‌نوری ساخته شده ‏باشند که همزمان در دو مکان مختلف قرار داشته باشند.‏
ممکن است از پروتونها و نوترونهایی تولید شده باشند ‏که همزمان دارای اسپین «بالا» و «پایین» باشند.‏
یک مولکول میکروسکوپی قادر به در برگرفتن چندین هزار ‏پروتون و نوترون می‌باشد. و ممکن است به عنوان ‏کامپیوتر کوانتوم که دارای هزاران کیوبایت می‌باشد به ‏کار رود.‏