📌 ماجرای کامپیوتر کوانتومی گوگلگوگل ادعا کرده توانسته محاسبه‌ای کوانتومی را در 5 دقیقه انجام دهد که برای یک کامپیوتر معمولی حدود 10 به توان 25 سال زمان می‌برد! اما دقیقاً چه محاسبه‌ای؟ آیا این ادعا آن‌قدر که می‌گویند انقلابی است؟ بیایید این ادعا را تکه‌تکه بررسی کنیم.
➖ آشنایی سریع با کامپیوتر کوانتومیدر کامپیوترهای کلاسیک، اطلاعات به صورت گروه‌های 64 بیتی به نام Words ذخیره می‌شود. این بیت‌ها از طریق دروازه‌های منطقی یا همان گیت‌های منطقی مثل AND و OR و NOT پردازش می‌شوند.
گیت AND: خروجی 1 فقط زمانی می‌دهد که هر دو ورودی 1 باشند.
گیت OR: خروجی 1 اگر حداقل یکی از ورودی‌ها 1 باشد.
گیت NOT: اگر ورودی 0 باشد، خروجی 1 می‌دهد و بالعکس.
اما در کامپیوتر کوانتومی، به‌جای بیت، از کیوبیت استفاده می‌شود. کیوبیت یک بردار دو‌بعدی از اعداد حقیقی است. این یعنی کیوبیت می‌تواند بینهایت اطلاعات بیشتری نسبت به یک بیت ذخیره کند.
➖ کیوبیتهاتصور کنید یک کیوبیت مثل یک Probability Distribution رفتار می‌کند؛ یعنی به جای داشتن مقدار قطعی، حول مقادیر خاصی می‌چرخد. اما وقتی کیوبیت مشاهده شود، به یکی از دو حالت [1,0] (که معادل 0 است) یا [0,1] (که معادل 1 است) فرو می‌ریزد. این فرایند را Collapsing می‌نامند. مثلاً یک کیوبیت قبل از مشاهده ممکن است شبیه [0.8366, 0.5477] باشد.
➖گیت‌های کوانتومی: ضرب ماتریس‌ها روی استروئید!گیت‌های کوانتومی اساساً ماتریس‌هایی هستند که وقتی ضرب در کیوبیت شوند، کیوبیتی دیگر تولید می‌کنند. مثلاً یک دروازه NOT کوانتومی شبیه این ماتریس است:
[0 1
1 0 ]
اگر این ماتریس را در کیوبیت [1,0] ضرب کنید، کیوبیت به [0,1] تبدیل می‌شود. حالا تصور کنید یک کامپیوتر کوانتومی با 64 کیوبیت داریم؛ مثل یک کامپیوتر کلاسیک 64 بیتی، ولی اینجا هر کیوبیت می‌تواند با کیوبیت‌های دیگر صحبت کند، چیزی که به آن Quantum Entanglement می‌گویند.
🔸 چرا کوانتومی سریع‌تر است؟در کامپیوترهای کلاسیک، بیت‌ها هیچ اطلاعی از یکدیگر ندارند و برای تأثیرگذاری بر یکدیگر نیاز به اتصال مستقیم از طریق دروازه‌های منطقی دارند. اما در کامپیوترهای کوانتومی، QBitها می‌توانند از طریق Quantum Entanglement با یکدیگر ارتباط برقرار کنند. این ارتباط به معنای توانایی QBitها برای تأثیرگذاری بر یکدیگر بدون نیاز به انتقال اطلاعات کلاسیک است.
اجرای یک مدار کوانتومی شامل وارد کردن یک بردار کوانتومی (که شامل QBitهای مختلف است)، اعمال مجموعه‌ای از ضرب‌های ماتریسی به این بردار، و سپس مشاهده خروجی است. این فرآیند به QBitها اجازه می‌دهد تا به صورت هم‌زمان بر یکدیگر تأثیر بگذارند و محاسبات موازی را انجام دهند، که این ویژگی باعث سرعت و توان محاسباتی بالای کامپیوترهای کوانتومی می‌شود..
🔺مشکلات کامپیوتر کوانتومیمشکل اصلی در کامپیوترهای کوانتومی این است که با افزایش تعداد QBitها و پیچیدگی مدارها، احتمال خطا نیز افزایش می‌یابد. نویز و اختلالات محیطی می‌توانند باعث خطا در نتیجه شوند، به خصوص زمانی که QBitها به طور هم‌زمان و در حالت‌های پیچیده از هم‌تنیده هستند. این مشکلات، دقت و صحت محاسبات کوانتومی را تحت تأثیر قرار می‌دهد.
گوگل چگونه با این مشکل مواجه شد؟ گوگل با استفاده از یک مدار کوانتومی تصادفی، محاسباتی انجام داد که خروجی آن "به نظر درست" می‌آید. اما چالش اصلی اینجاست: کامپیوترهای کلاسیک قادر به اجرای این محاسبه نیستند، بنابراین نمی‌توانیم به طور قطعی تأیید کنیم که پاسخ گوگل دقیق است!
گوگل در آزمایش خود با استفاده از مدارهای 9، 25 و 49 دروازه کوانتومی، توانست یک پیشرفت کوچک در دقت محاسباتی مشاهده کند. این مدارها شامل دروازه‌های کوانتومی مانند XOR، AND، و NOT بودند که در تنظیمات پیچیده‌ای قرار گرفته‌اند تا بتوانند محاسبات را با دقت بالاتری انجام دهند. این به گوگل این امکان را داد که یک افزایش جزئی در دقت خروجی مشاهده کند، هرچند که هنوز هم فاصله بسیاری با محاسبات عملیاتی و دقیق دارد که در دنیای واقعی مورد نیاز است.
‼️ این گام بزرگی به سوی شکستن رمزنگاری توسط کامپیوترهای کوانتومی است؟آنچه گوگل انجام داد، ارائه یک محاسبه با مدارهای 9، 25 و 49 دروازه کوانتومی بود که نشان‌دهنده افزایش دقت خروجی است. این محاسبه‌ها به نظر می‌رسید که کمتر خطا دارند و این گام بزرگی برای نشان دادن پیشرفت است، اما فاصله زیادی تا یک برتری عملیاتی واقعی باقی مانده است. کامپیوترهای کوانتومی هنوز در مرحله‌ای هستند که نیاز به بهبود قابل توجه دارند. پیشرفت اصلی در آزمایش گوگل این بود که توانست از مدارهای بزرگ‌تر استفاده کند و مشاهده کند که دقت محاسباتی افزایش یافته است. این نشان‌دهنده توانایی در مدل‌سازی پیچیده‌تر پدیده‌های کوانتومی با مدارهای بزرگ‌تر است.
@aioooir |
#quantum #google #challenges
