مزیت کوانتومی نقطه عطفی است که حوزه محاسبات کوانتومی مشتاقانه به سمت آن کار می کند، زمانی که یک کامپیوتر کوانتومی می تواند مشکلاتی را حل کند که فراتر از توان قوی ترین کامپیوترهای غیرکوانتومی یا کلاسیک است.

کوانتوم به مقیاس اتم‌ها و مولکول‌ها اشاره می‌کند که در آن قوانین فیزیک با تجربه آن‌ها شکسته می‌شوند و مجموعه‌ای متفاوت و غیرمعمول از قوانین اعمال می‌شود. کامپیوترهای کوانتومی از این رفتارهای عجیب برای حل مشکلات بهره می برند.

برخی از انواع مشکلات وجود دارد حل آن برای کامپیوترهای کلاسیک غیر عملی است، از جمله شکستن پیشرفته ترین الگوریتم های رمزگذاری. تحقیقات در دهه های اخیر نشان داده است که کامپیوترهای کوانتومی توانایی حل برخی از این مشکلات را دارند. اگر بتوان یک کامپیوتر کوانتومی ساخت که در واقع یکی از این مشکلات را حل کند، مزیت کوانتومی را نشان خواهد داد.

من هستم یک فیزیکدان که پردازش اطلاعات کوانتومی و کنترل سیستم های کوانتومی را مطالعه می کند. من معتقدم که این مرز نوآوری علمی و فناوری نه تنها نویدبخش پیشرفت های پیشگامانه در محاسبات است، بلکه نشان دهنده افزایش گسترده تر فناوری کوانتومی، از جمله پیشرفت های قابل توجه در رمزنگاری کوانتومی و سنجش کوانتومی است.

منبع قدرت محاسبات کوانتومی

مرکز محاسبات کوانتومی بیت کوانتومی یا کیوبیت. برخلاف بیت‌های کلاسیک که فقط می‌توانند در حالت‌های 0 یا 1 باشند، یک کیوبیت می‌تواند در هر حالتی باشد که ترکیبی از 0 و 1 باشد. این حالت نه فقط 1 یا فقط 0 به عنوان یک شناخته می‌شود. ترکیب کوانتومی. با هر کیوبیت اضافی، تعداد حالت هایی که می توان با کیوبیت ها نشان داد دو برابر می شود.

این ویژگی اغلب با منبع قدرت محاسبات کوانتومی اشتباه گرفته می شود. در عوض، آن را به یک فعل و انفعال پیچیده برهم نهی، دخالت و در هم تنیدگی.

تداخل شامل دستکاری کیوبیت‌ها به‌گونه‌ای است که حالت‌های آن‌ها به طور سازنده در طول محاسبات برای تقویت راه‌حل‌های صحیح و به‌طور مخرب برای سرکوب پاسخ‌های اشتباه ترکیب شوند. تداخل سازنده زمانی اتفاق می‌افتد که قله‌های دو موج - مانند امواج صوتی یا امواج اقیانوس - برای ایجاد یک قله بالاتر با هم ترکیب شوند. تداخل مخرب زمانی اتفاق می افتد که یک اوج موج و یک فرورفتگی موج با هم ترکیب می شوند و یکدیگر را خنثی می کنند. الگوریتم‌های کوانتومی که ابداع آن‌ها کم و دشوار است، دنباله‌ای از الگوهای تداخلی را تنظیم می‌کنند که پاسخ صحیح را به یک مسئله می‌دهد.

درهم تنیدگی یک همبستگی کوانتومی منحصر به فرد بین کیوبیت ها ایجاد می کند: وضعیت یکی را نمی توان مستقل از بقیه توصیف کرد، مهم نیست که کیوبیت ها چقدر از هم فاصله دارند. این همان چیزی است که آلبرت انیشتین آن را به عنوان "اقدام شبح آور از راه دور" رد کرد. رفتار جمعی Entanglement که از طریق یک کامپیوتر کوانتومی تنظیم شده است، افزایش سرعت محاسباتی را امکان پذیر می کند که خارج از دسترس کامپیوترهای کلاسیک است.

[محتوای جاسازی شده]

کاربردهای محاسبات کوانتومی

محاسبات کوانتومی طیف وسیعی از کاربردهای بالقوه دارد که می تواند از رایانه های کلاسیک بهتر عمل کند. در رمزنگاری، کامپیوترهای کوانتومی هم یک فرصت و هم یک چالش هستند. از همه معروفتر، آنها این را دارند پتانسیل رمزگشایی الگوریتم های رمزگذاری فعلی، مانند پرکاربرد طرح RSA.

یکی از پیامدهای این امر این است که پروتکل های رمزگذاری امروزی نیاز به مهندسی مجدد دارند تا در برابر حملات کوانتومی آینده مقاوم باشند. این به رسمیت شناختن زمینه رو به رشد منجر شده است رمزنگاری پس کوانتومی. پس از یک فرآیند طولانی، اخیراً موسسه ملی استاندارد و فناوری چهار الگوریتم مقاوم در برابر کوانتومی را انتخاب کرده و فرآیند آماده سازی آنها را آغاز کرده است تا سازمان‌های سراسر جهان بتوانند از آنها در فناوری رمزگذاری خود استفاده کنند.

علاوه بر این، محاسبات کوانتومی می‌تواند به طور چشمگیری سرعت شبیه‌سازی کوانتومی را افزایش دهد: توانایی پیش‌بینی نتیجه آزمایش‌هایی که در قلمرو کوانتومی عمل می‌کنند. فیزیکدان مشهور ریچارد فاینمن این امکان را متصور شد بیش از 40 سال پیش شبیه‌سازی کوانتومی پتانسیل پیشرفت‌های قابل‌توجهی را در علم شیمی و مواد ارائه می‌دهد، و در زمینه‌هایی مانند مدل‌سازی پیچیده ساختارهای مولکولی برای کشف دارو و امکان کشف یا ایجاد مواد با خواص جدید کمک می‌کند.

یکی دیگر از کاربردهای فناوری اطلاعات کوانتومی است سنجش کوانتومی: تشخیص و اندازه گیری خواص فیزیکی مانند انرژی الکترومغناطیسی، گرانش، فشار و دما با حساسیت و دقت بیشتر نسبت به ابزارهای غیر کوانتومی سنجش کوانتومی کاربردهای بی شماری در زمینه هایی مانند نظارت بر محیط زیست, اکتشافات زمین شناسی, تصویربرداری پزشکیو نظارت.

ابتکاراتی مانند توسعه الف اینترنت کوانتومی این که کامپیوترهای کوانتومی را به هم متصل می‌کند، گام‌های مهمی در جهت پل زدن بین دنیای محاسبات کوانتومی و کلاسیک است. این شبکه را می‌توان با استفاده از پروتکل‌های رمزنگاری کوانتومی مانند توزیع کلید کوانتومی، که کانال‌های ارتباطی فوق‌ایمن را که در برابر حملات محاسباتی محافظت می‌شوند، از جمله آنهایی که از رایانه‌های کوانتومی استفاده می‌کنند، ایمن می‌سازد.

علیرغم یک مجموعه کاربردی رو به رشد برای محاسبات کوانتومی، توسعه الگوریتم‌های جدیدی که از مزیت کوانتومی به طور کامل استفاده می‌کنند – به ویژه در یادگیری ماشینی- یک منطقه حیاتی از تحقیقات در حال انجام باقی می ماند.

منسجم ماندن و غلبه بر خطاها

La میدان محاسبات کوانتومی با موانع قابل توجهی در توسعه سخت افزار و نرم افزار مواجه است. کامپیوترهای کوانتومی نسبت به هرگونه تعامل ناخواسته با محیط خود بسیار حساس هستند. این منجر به پدیده ناپیوستگی می شود، جایی که کیوبیت ها به سرعت به حالت 0 یا 1 بیت های کلاسیک تنزل می دهند.

ساختن سیستم‌های محاسباتی کوانتومی در مقیاس بزرگ که قادر به تحقق وعده‌های افزایش سرعت کوانتومی باشند، نیازمند غلبه بر عدم پیوستگی است. کلید توسعه روش های موثر است سرکوب و تصحیح خطاهای کوانتومی, حوزه ای که تحقیقات خودم روی آن متمرکز شده است.

در پیمایش این چالش ها، متعدد است راه اندازی سخت افزار و نرم افزار کوانتومی در کنار بازیگران تثبیت شده صنعت فناوری مانند گوگل و IBM ظاهر شده اند. این علاقه صنعت، همراه با سرمایه گذاری قابل توجه دولت ها در سراسر جهان، بر شناخت جمعی از پتانسیل تحول آفرین فناوری کوانتومی تأکید می کند. این ابتکارات یک اکوسیستم غنی را تقویت می کند که در آن دانشگاه و صنعت با یکدیگر همکاری می کنند و پیشرفت در این زمینه را تسریع می بخشد.

ورود مزیت کوانتومی به نمای

محاسبات کوانتومی ممکن است روزی به اندازه ورود محاسبات مخرب باشد هوش مصنوعی مولد. در حال حاضر، توسعه فناوری محاسبات کوانتومی در مقطعی حیاتی قرار دارد. از یک طرف، این رشته قبلاً نشانه‌های اولیه دستیابی به یک مزیت کوانتومی تخصصی را نشان داده است. محققان در گوگل و بعداً تیمی از محققان در چین مزیت کوانتومی را نشان داد برای ایجاد لیستی از اعداد تصادفی با خواص معین تیم تحقیقاتی من یک افزایش سرعت کوانتومی را نشان داد برای یک بازی حدس اعداد تصادفی.

از سوی دیگر، در صورتی که نتایج عملی در کوتاه مدت محقق نشود، خطر ملموس ورود به «زمستان کوانتومی» وجود دارد، دوره ای از کاهش سرمایه گذاری.

در حالی که صنعت فناوری در تلاش برای ارائه مزیت کوانتومی در محصولات و خدمات در کوتاه مدت است، تحقیقات آکادمیک همچنان بر روی بررسی اصول اساسی زیربنای این علم و فناوری جدید متمرکز است. این تحقیقات بنیادی مستمر، که توسط کادرهای مشتاق دانشجویان جدید و باهوش از نوع من که تقریباً هر روز با آنها روبرو می شوم، تغذیه می شود، تضمین می کند که این رشته به پیشرفت خود ادامه خواهد داد.

این مقاله از مجله منتشر شده است گفتگو تحت مجوز Creative Commons دفعات بازدید: مقاله.

اعتبار تصویر: xx / xx

• محتوای مبتنی بر SEO و توزیع روابط عمومی. امروز تقویت شوید.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. به خودت قدرت بده دسترسی به اینجا.
• PlatoAiStream. هوش وب 3 دانش تقویت شده دسترسی به اینجا.
• PlatoESG. کربن ، CleanTech، انرژی، محیط، خورشیدی، مدیریت پسماند دسترسی به اینجا.
• PlatoHealth. هوش بیوتکنولوژی و آزمایشات بالینی. دسترسی به اینجا.
• منبع: https://singularityhub.com/2023/11/17/what-is-quantum-advantage-the-moment-extremely-powerful-quantum-computers-will-arrive/