سرعت رایانه‌­های کوانتومی تا چه میزان بیشتر می‌شود؟

بیگ بنگ: طی نیم قرن گذشته، سرعت پردازندۀ رایانه­‌های معمولی به میزان قابل ملاحظه­‌ای بالا رفته است. اما در سال‌های اخیر، محدودیت‌­های این تکنولوژی برای همگان مشخص شده است؛ اجزای چیپ­‌ها می ­توانند بسیار کوچک شده و بسیار نزدیک به یکدیگر قرار داده شوند تا اتصال کوتاه برقرار شود. اگر کمپانی­‌های سازنده­ قصد دارند رایانه‌های سریع‌تر بسازند، باید تغییری صورت گیرد.

به گزارش بیگ بنگ، “سباستین دفینر” استادیار فیزیک در دانشگاه مریلند می گوید:« امید اصلی ما در آینده برای محاسبات سریع فیزیک کوانتوم می ­باشد. رایانه­‌های کوانتومی بسیار سریع‌تر از هر تکنولوژی موجود در عصر اطلاعات خواهند بود. اما تحقیقات اخیر من نشان می دهد رایانه‌­های کوانتومی محدودیت­‌هایی خواهند داشت و از این رو در تحقیقات من روش‌­های مختلفی برای تشخیص این محدودیت­‌ها ارائه شده است.»

محدودیت درک

برای فیزیکدانان، بشریت در دنیایی با نام دنیای “کلاسیک” زندگی می­ کند. اغلب به نام “دنیا” اکتفا می­ کنند و به درک مستقیم فیزیک پرداخته­‌اند. برای مثال، با پرتاب توپ، جسم به سمت بالا رفته و در مسیری قابل پیش­‌بینی به زمین بازمی­ گردد. افراد حتی در موقعیت­‌های پیچیده‌تر، درک ناخودآگاهی از وقایع دارند. بیشتر افراد اینگونه می­ بینند که ماشین با سوزاندن بنزین در یک موتور احتراق داخلی (یا استخراج انرژی الکتریکی از باتری) انرژی تولید می­ کند که این انرژی از دنده و محور ماشین به چرخ­‌ها انتقال یافته و ماشین را به حرکت وامیدارد.

در قوانین فیزیک کلاسیک، محدودیت‌­های نظری برای این فرایندها وجود دارد اما این محدودیت­‌ها به شکل غیرواقعی شدید هستند. برای مثال، ما می­دانیم یک ماشین هیچوقت نمی­تواند از نور سریع‌تر حرکت کند و مهم نیست چقدر سوخت بر روی این کرۀ خاکی مهیاست، در چه جاده­‌ای هستیم یا از چه روشی استفاده می­ کنیم، هیچ ماشینی نمی­‌تواند حتی به نزدیکی ۱۰ درصد سرعت نور برسد. افراد اغلب با محدودیت­‌های واقعی دنیای فیزیک مواجه نمی­ شوند اما این محدودیت­‌ها وجود دارند. با انجام تحقیقات مناسب، فیزیکدانان قادر به کشف آنها خواهند بود. گرچه محققان تنها نظری مبهم در خصوص وجود محدودیت در دنیای کوانتوم دارند اما نمی­دانستند که چطور این محدودیت­‌ها را می­توان در دنیای واقعی بکار برد.

عدم قطعیت هایزنبرگ

فیزیکدانان سرآغاز نظریه کوانتوم را سال ۱۹۲۷ میلادی می­دانند که فیزیکدان آلمانی، “ورنر هایزنبرگ” نشان داد روش­‌های کلاسیک و قدیمی برای اجسام بسیار کوچک در اندازه­ اتم مناسب نیستند. برای مثال، وقتی فردی توپی را پرتاب می ­کند، تشخیص مکان توپ و سرعت آن بسیار آسان است. اما همانطور که هایزنبرگ نشان داد، این مسئله برای اتم و ذرات زیراتمی صدق نمی­ کند. در عوض، مشاهده‌گر می ­تواند سرعت یا مکان ذره را متوجه شود و نمی­تواند در عین حال هر دو را بداند. اما این یافته کمی ناجور به نظر می­ رسد. حتی زمانی که هایزنبرگ ایدۀ خود را مطرح کرد، اینشتین( و دیگر دانشمندان) چندان با آن موافق نبود. مهم است که بدانیم “عدم قطعیت کوانتومی” توجیهی برای کمبود تجهیزات یا روش نبوده بلکه مربوط به ذهن ما است. ما تکامل یافتیم تا ساز و کار جهان کلاسیک را دریابیم و مکانیزم­‌های فیزیکی دنیای کوانتوم فراتر از فهم و درک ما است.

ورود به دنیای کوانتوم

اگر شیئی در دنیای کوانتوم از مکانی به مکان دیگر سفر کند، محققان نمی­توانند تشخیص دهند چه زمانی سفر این ذره آغاز شده یا به پایان رسیده است. محدودیت­‌های فیزیک تاخیر اندکی در شناسایی آن ایجاد می کند. بنابراین مهم نیست چه میزان حرکت اتفاق بیافتد، نمی­توان آن را بدون تاخیر شناسایی کرد( این تاخیر بسیار اندک  و در حدود یک کوادریلیونیم ثانیه می­ باشد اما این میزان را در تریلیون­‌ها محاسبات رایانه­‌ای ضرب کنید).

این تاخیر بصورت چشمگیری سرعت بالقوه یک رایانه کوانتومی را پایین آورده و “محدودیت سرعت کوانتومی” ایجاد می­ کند. در چند سال اخیر،تحقیقاتی که تیم ما در آن مشارکت داشته است، نشان می­دهد این محدودیت سرعت کوانتومی در شرایط مختلفی نظیر انواع مختلف مواد در میدان­‌های مختلف مغناطیسی و الکتریکی مشخص می شود. در هر یک از این موقعیت­‌ها و شرایط مختلف، محددیت سرعت کوانتومی کمی بیشتر یا کمتر می ­باشد.

جالب اینکه ما دریافتیم برخی مواقع فاکتورهای پیش­‌بینی­ نشده می­ توانند به تسریع غیرمعمول فرایندها کمک کنند. برای درک این موضوع، شاید تصورکردن حرکت یک ذره در آب کمک کند. ذره با حرکت خود مولکول­‌های آب را جابجا می­ کند و پس از حرکت ذره، مولکول­‌های آب سرعت به جای خود برگشته و هیچ اثری از این اتفاق باقی نمی­ گذارند.

حال تصور کنید همین ذره در عسل حرکت می­ کند. عسل چسبندگی بیشتری نسبت به آب دارد و آهسته­‌تر حرکت می­ کند پس زمان بیشتری نیاز است تا مولکول­‌های عسل به جای خود بازگردند اما در دنیای کوانتوم، جریان بازگشت مولکول­‌های عسل فشاری ایجاد می­ کند که ذرۀ کوانتومی را به جلو می­راند. این شتاب ثانویه می­ تواند محدودیت سرعت کوانتومی یک ذره را با چیزی که مشاهده­‌گر انتظار دارد متفاوت سازد.

طراحی رایانه­‌های کوانتومی

کسب اطلاعات بیشتر محققان در زمینۀ محدودیت سرعت کوانتومی می­تواند بر روی طراحی پردازشگرهای رایانه­‌های کوانتومی تاثیر بگذارد. آن زمان که مهندسین آموختند چگونه اندازۀ ترانزیستورها را کاهش داده و آنها را در کنار یکدیگر و در رایانه­ معمولی قرار دهند، نیاز به خلاقیت بیشتری برای طراحی سریع‌ترین سیستم­‌های کوانتومی خواهند داشت تا هر چه بیشتر به محدودیت سرعت کوانتومی نزدیک شوند.

هنوز مباحث زیادی باید مورد بررسی قرار گیرد. مشخص نیست آیا محدودیت سرعت کوانتومی آنقدر بالاست که مانند مثال ماشین و سرعت نور قابل دستیابی نمی­ باشد؟ همچنین ما اطلاعاتی از نحوۀ تاثیر عناصر غیرمنتظره­ محیط (مانند عسل در مثال بالا) می­ توانند به تسریع پردازش کوانتومی کمک کنند. با متداول­‌ترشدن تکنولوژی­‌های وابسته به کوانتوم، ما باید اطلاعات بیشتری در خصوص محدودیت­‌های فیزیک کوانتوم کسب و نحوۀ طراحی سیستم­‌هایی با بیشترین بهره‌­وری از دانش ما را کشف کنیم.

ترجمه: رضا کاظمی/ سایت علمی بیگ بنگ

منبع: Livescience.com

(8 نفر , میانگین : 4٫63 از 5)
لینک کوتاه مقاله : http://bigbangpage.com/?p=73357
رضا کاظمی

رضا کاظمی

دانشجوی کارشناسی مترجمی انگلیسی و علاقمند به مطالب علمی نجومی میباشد و در زمینه انتشار مقاله با وب سایت بیگ بنگ همکاری می کند.

شما ممکن است این را هم بپسندید

۲ پاسخ‌ها

  1. بهنام طیبی گفت:

    بسیار عالی
    ارزش خبری بسیار مفید و به روز
    ممنون

پاسخ دهید

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

This site uses Akismet to reduce spam. Learn how your comment data is processed.