a Truth Seeking
Active Member
هفته هاي گذشته جمعي از دانشمندان دانشگاه پرادو بااعلام خبري موجب ايجاد موجي هيجان انگيز در عرصه پيشرفت هاي فني رايانه هاي کوانتومي شدند.
اين دانشمندان موفق شدند با ساخت ترکيبي جديد گامي بلند براي گسترش مفهوم رايانه هاي کوانتومي بردارند؛ کشفي که در يک مرحله مقدماتي مي تواند کاربردهاي فراواني در خصوص رمزنگاري و روشهاي جستجوي فوق سريع بانکهاي اطلاعاتي داشته باشد.
اين تيم تحقيقاتي توانستند روشي موثر را ارائه کنند که با کمک آن رشته اي از اشياي کوانتومي نظير الکترون ها به دو رشته کوچکتر شکافته شود و در اين شکافت براي چرخش يا اسپين ذراتي که داراي مثلا چرخش فوقاني بودند، ثابت باقي بمانند و بخشهايي که اسپين مخالف پيدا مي کنند جهتشان اصلاح شده و در راستاي اوليه قرار بگيرد.
اين روش در واقع نمونه اي از يک قطبي کننده يا پلارايزر کوانتومي است و با کمک آن اين اجزاي بسيار کوچک توانايي ايفاي نقش به عنوان اجزاي اصلي رايانه هاي کوانتومي را پيدا مي کنند.
اين عملکرد نوعي سوييچينگ اما در مقياس کوانتومي را امکانپذير مي سازد.يکي از دانشمندان شرکت کننده در اين طرح تحقيقاتي در اين خصوص مي گويد: براي نخستين بار ما اين امکان را به دست آورده ايم تا در شکافهاي اتمهاي آرسنيد گاليوم به جداسازي اسپيني بپردازيم و توانسته ايم الکترون هايي که در مسير اين نيمه رسانا حرکت مي کرده اند را با کمک اين حفره ها جدا کنيم.
اين شکافها خاصيت اسپيني دارند و در اين باره رفتاري مانند ذرات از خود نشان مي دهند. مساله جداسازي و دسته بندي کردن اين شکافها بر اساس جهت چرخش (اسپين) آنها تلاشي ماجراجويانه و چالشي بزرگ به حساب مي آمد.
اينک با طراحي روشي که مي تواند به طور موثر اين جداسازي حفره ها را بر مبناي اسپين آنها انجام دهد امکان ساخت ابزارهاي الکترونيکي براي کاربردي کردن اين نوع جداسازي ها را به وجود آورده است ؛ روشي که با کمک آن مي توان گامهاي بسيار مهمي را درتحقق روياي رايانه هاي کوانتومي برداشت.
رايانه هاي کوانتومي - که هنوز مراحل اوليه طراحي و مرحله تحقيقاتي خود را سپري مي کنند - يکي از ايده آل هاي صنايع رايانه اي است. با کمک اين رايانه ها تحليل و بررسي بسياري از مسائلي که تا کنون به عنوان مشکلات زمان بر و پر هزينه براي ابر رايانه ها مطرح بوده است ، امکانپذير مي شود.
يکي از کاربردهايي که نسل آينده رايانه هاي کوانتومي را از نسل فعلي متمايز خواهد کرد، توانايي فوق العاده آنها در حل مسائل مربوط به رمزنگاري و جستجو در بانکهاي اطلاعاتي بسيار وسيع است.
در اين گونه از مسائل با مواردي روبه رو هستيم که در مرحله نخست ممکن است تعداد بيشماري پاسخ ابتدايي در باره آنها وجود داشته باشد و براي حل آنها بايد ميليون ها عمل رياضي و محاسبه سريع به وسيله ابزارهاي رايانه اي انجام شود تا سرانجام گزينه نهايي و مطلوب به دست آيد و اين کار بايد در حداقل زمان ممکن اتفاق بيفتد.
در تحليل بايد پاسخهايي که به نظر نادرست مي آيند بسرعت از چرخه تحليل خارج شوند تا محدوده تحليل نهايي به حداقل کاهش يابد و اين نيازمند استفاده از الگوريتم هاي پيچيده و طولاني است که اجراي آن براي سريع ترين رايانه هاي فعال نيز بسيار زمانگير خواهد بود؛ چراکه در اين رايانه ها بايد تک تک پاسخهاي احتمالي مساله پيش از آن که به طور کامل از چرخه پاسخهاي ممکن حذف شود، مورد بررسي قرار بگيرد.
اتفاقي که در رايانه هاي (فعلا علمي - تخيلي) کوانتومي رخ خواهد داد يک روند خطي نخواهد بود، بلکه مشابه رخدادي که در يک پردازش موازي صورت مي گيرد دهها گزينه مي تواند همزمان مورد بررسي قرار گيرد و حتي مهمتر از آن روشهاي ل ه طور همزمان مورد آزمون قرار گيرد.
بايد توجه داشت اين مساله به طراحي يک سيستم سريع مربوط نيست. نبايد تصور کرد اگر اين روش به وسيله يک ابر رايانه فعلي 10ساعت طول مي کشد به وسيله رايانه کوانتومي 20دقيقه زمان مي برد. مساله مهمتر از اين ، کاهش زماني يا افزايش سرعت است.
در واقع مساله به ماهيت کوانتومي اجزا تشکيل هنده بر مي گردد و به واسطه خواص ذرات کوانتومي و استفاده از خواص آنها است که چنين پردازش هايي امکانپذير مي شود.
براي درک بهترموضوع فرض کنيد يک زوج الکترون را در اختيار داريم که يکي از آنها داراي اسپين مثلا بالا باشد و دومي با اسپين مخالف گردش مي کند.
حال اگر با کمک روشي بتوانيم بر اسپين يکي ازاين الکترون ها اثر بگذاريم و جهت چرخش آن را عوض کنيم جهت چرخش زوج آن نيز عوض مي شود؛ اما نکته مهم و جذاب در اين ميان استقلال اين اثر از فاصله است يعني اثر متقابلي که اين زوج الکتروني بر يکديگر دارند عملا رويدادي همزمان و مستقل از فاصله و زمان است.
اين تاثير متقابل که عملا پارامتر زمان را از ميان بر مي دارد اگر کنترل شده باشد مي تواند نقش سوييچي عادي را براي شما بازي کند.
فرض کنيد جهت اسپين بالا را معادل صفر و جهت اسپين پايين را معادل يک در نظر بگيريد (يا بعکس 9 در اين صورت هر زوج ذره براي شما مي تواند نشاندهنده يک بيت کوانتومي باشد و همان نقش را بازي کند، بنابراين با مجموعه اي از زوجهاي ذرات داراي خاصيت اسپين مخالف مي توانيد تمام محاسباتي را که با جريان هاي الکتريکي در يک پردازشگر رايانه اي انجام مي داديد با کمک ذرات کوانتومي به انجام برسانيد.
با اين روش و با فرض اين که روشي موثر براي به دام انداختن يکي از اعضاي اين زوج ذرات با اسپين مشخص را داشته باشيم و بتوانيم جهت آن را تغيير دهيم مي توانم حجم بالايي از داده ها را در فواصل دوردست منتقل کنيم يا از آن مهمتر اين که از آن درپردازش داده ها به طور همزمان استفاده کنيم.
بنابراين انجام محاسبات عددي عادي که به وسيله پردازشگرهاي عادي رخ مي دهد به وسيله رايانه هاي کوانتومي نيز با سرعتي فوق العاده بالاتر (در حد سرعت نور) مهيا مي شود.
اما مشکل اصلي آنجاست که بتوانيد وضعيت اسپين هريک از زوجها را پس از آن که محاسبات را انجام دادند به دست بياوريم. با وجود آن که ما وضعيت اين زوج ذرات را ابتداي محاسبات داريم ، اما زماني که دهها و صدها عمل رياضياتي ( با کمک سوييچينگ هاي متوالي) روي آنها اثر مي کند جهت چرخش بر اثر اين محاسبات به طور کامل و غير پيش بيني تغيير مي کند.
حال بايد براي تشخيص اين بايتهاي و تبديل آنها با اعداد يا نمادهاي آشنا جهت اسپين هاي نهايي را بدانيم. اين همان نقطه اي از فناوري رايانه هاي کوانتومي است که با چالش جدي مواجه است. روشي که اين گروه تحقيقاتي در هفته هاي اخير به آن دست يافته اند دو گام بزرگ در اين خصوص را برداشته است و امکان تشخيص اسپين و تزريق آن را مطرح مي کند، اما هنوز مساله درست کردن ابتدايي يک اسپين اوليه مطرح است ، ولي با وجود اين مشکل هم اکنون با ياري اين پروژه که بخشي از آن با حمايت نهادهاي دفاعي امريکا به انجام رسيده است امکان طراحي ترانزيستورهاي کوانتومي وجود دارد و مي توان آنها را ساخت.
اين به معني نزديک شدن به حل مشکلات اصلي پيش روي دانشمندان در طراحي رايانه هاي کوانتومي است.
منبع
اين دانشمندان موفق شدند با ساخت ترکيبي جديد گامي بلند براي گسترش مفهوم رايانه هاي کوانتومي بردارند؛ کشفي که در يک مرحله مقدماتي مي تواند کاربردهاي فراواني در خصوص رمزنگاري و روشهاي جستجوي فوق سريع بانکهاي اطلاعاتي داشته باشد.
اين تيم تحقيقاتي توانستند روشي موثر را ارائه کنند که با کمک آن رشته اي از اشياي کوانتومي نظير الکترون ها به دو رشته کوچکتر شکافته شود و در اين شکافت براي چرخش يا اسپين ذراتي که داراي مثلا چرخش فوقاني بودند، ثابت باقي بمانند و بخشهايي که اسپين مخالف پيدا مي کنند جهتشان اصلاح شده و در راستاي اوليه قرار بگيرد.
اين روش در واقع نمونه اي از يک قطبي کننده يا پلارايزر کوانتومي است و با کمک آن اين اجزاي بسيار کوچک توانايي ايفاي نقش به عنوان اجزاي اصلي رايانه هاي کوانتومي را پيدا مي کنند.
اين عملکرد نوعي سوييچينگ اما در مقياس کوانتومي را امکانپذير مي سازد.يکي از دانشمندان شرکت کننده در اين طرح تحقيقاتي در اين خصوص مي گويد: براي نخستين بار ما اين امکان را به دست آورده ايم تا در شکافهاي اتمهاي آرسنيد گاليوم به جداسازي اسپيني بپردازيم و توانسته ايم الکترون هايي که در مسير اين نيمه رسانا حرکت مي کرده اند را با کمک اين حفره ها جدا کنيم.
اين شکافها خاصيت اسپيني دارند و در اين باره رفتاري مانند ذرات از خود نشان مي دهند. مساله جداسازي و دسته بندي کردن اين شکافها بر اساس جهت چرخش (اسپين) آنها تلاشي ماجراجويانه و چالشي بزرگ به حساب مي آمد.
اينک با طراحي روشي که مي تواند به طور موثر اين جداسازي حفره ها را بر مبناي اسپين آنها انجام دهد امکان ساخت ابزارهاي الکترونيکي براي کاربردي کردن اين نوع جداسازي ها را به وجود آورده است ؛ روشي که با کمک آن مي توان گامهاي بسيار مهمي را درتحقق روياي رايانه هاي کوانتومي برداشت.
رايانه هاي کوانتومي - که هنوز مراحل اوليه طراحي و مرحله تحقيقاتي خود را سپري مي کنند - يکي از ايده آل هاي صنايع رايانه اي است. با کمک اين رايانه ها تحليل و بررسي بسياري از مسائلي که تا کنون به عنوان مشکلات زمان بر و پر هزينه براي ابر رايانه ها مطرح بوده است ، امکانپذير مي شود.
يکي از کاربردهايي که نسل آينده رايانه هاي کوانتومي را از نسل فعلي متمايز خواهد کرد، توانايي فوق العاده آنها در حل مسائل مربوط به رمزنگاري و جستجو در بانکهاي اطلاعاتي بسيار وسيع است.
در اين گونه از مسائل با مواردي روبه رو هستيم که در مرحله نخست ممکن است تعداد بيشماري پاسخ ابتدايي در باره آنها وجود داشته باشد و براي حل آنها بايد ميليون ها عمل رياضي و محاسبه سريع به وسيله ابزارهاي رايانه اي انجام شود تا سرانجام گزينه نهايي و مطلوب به دست آيد و اين کار بايد در حداقل زمان ممکن اتفاق بيفتد.
در تحليل بايد پاسخهايي که به نظر نادرست مي آيند بسرعت از چرخه تحليل خارج شوند تا محدوده تحليل نهايي به حداقل کاهش يابد و اين نيازمند استفاده از الگوريتم هاي پيچيده و طولاني است که اجراي آن براي سريع ترين رايانه هاي فعال نيز بسيار زمانگير خواهد بود؛ چراکه در اين رايانه ها بايد تک تک پاسخهاي احتمالي مساله پيش از آن که به طور کامل از چرخه پاسخهاي ممکن حذف شود، مورد بررسي قرار بگيرد.
اتفاقي که در رايانه هاي (فعلا علمي - تخيلي) کوانتومي رخ خواهد داد يک روند خطي نخواهد بود، بلکه مشابه رخدادي که در يک پردازش موازي صورت مي گيرد دهها گزينه مي تواند همزمان مورد بررسي قرار گيرد و حتي مهمتر از آن روشهاي ل ه طور همزمان مورد آزمون قرار گيرد.
بايد توجه داشت اين مساله به طراحي يک سيستم سريع مربوط نيست. نبايد تصور کرد اگر اين روش به وسيله يک ابر رايانه فعلي 10ساعت طول مي کشد به وسيله رايانه کوانتومي 20دقيقه زمان مي برد. مساله مهمتر از اين ، کاهش زماني يا افزايش سرعت است.
در واقع مساله به ماهيت کوانتومي اجزا تشکيل هنده بر مي گردد و به واسطه خواص ذرات کوانتومي و استفاده از خواص آنها است که چنين پردازش هايي امکانپذير مي شود.
براي درک بهترموضوع فرض کنيد يک زوج الکترون را در اختيار داريم که يکي از آنها داراي اسپين مثلا بالا باشد و دومي با اسپين مخالف گردش مي کند.
حال اگر با کمک روشي بتوانيم بر اسپين يکي ازاين الکترون ها اثر بگذاريم و جهت چرخش آن را عوض کنيم جهت چرخش زوج آن نيز عوض مي شود؛ اما نکته مهم و جذاب در اين ميان استقلال اين اثر از فاصله است يعني اثر متقابلي که اين زوج الکتروني بر يکديگر دارند عملا رويدادي همزمان و مستقل از فاصله و زمان است.
اين تاثير متقابل که عملا پارامتر زمان را از ميان بر مي دارد اگر کنترل شده باشد مي تواند نقش سوييچي عادي را براي شما بازي کند.
فرض کنيد جهت اسپين بالا را معادل صفر و جهت اسپين پايين را معادل يک در نظر بگيريد (يا بعکس 9 در اين صورت هر زوج ذره براي شما مي تواند نشاندهنده يک بيت کوانتومي باشد و همان نقش را بازي کند، بنابراين با مجموعه اي از زوجهاي ذرات داراي خاصيت اسپين مخالف مي توانيد تمام محاسباتي را که با جريان هاي الکتريکي در يک پردازشگر رايانه اي انجام مي داديد با کمک ذرات کوانتومي به انجام برسانيد.
با اين روش و با فرض اين که روشي موثر براي به دام انداختن يکي از اعضاي اين زوج ذرات با اسپين مشخص را داشته باشيم و بتوانيم جهت آن را تغيير دهيم مي توانم حجم بالايي از داده ها را در فواصل دوردست منتقل کنيم يا از آن مهمتر اين که از آن درپردازش داده ها به طور همزمان استفاده کنيم.
بنابراين انجام محاسبات عددي عادي که به وسيله پردازشگرهاي عادي رخ مي دهد به وسيله رايانه هاي کوانتومي نيز با سرعتي فوق العاده بالاتر (در حد سرعت نور) مهيا مي شود.
اما مشکل اصلي آنجاست که بتوانيد وضعيت اسپين هريک از زوجها را پس از آن که محاسبات را انجام دادند به دست بياوريم. با وجود آن که ما وضعيت اين زوج ذرات را ابتداي محاسبات داريم ، اما زماني که دهها و صدها عمل رياضياتي ( با کمک سوييچينگ هاي متوالي) روي آنها اثر مي کند جهت چرخش بر اثر اين محاسبات به طور کامل و غير پيش بيني تغيير مي کند.
حال بايد براي تشخيص اين بايتهاي و تبديل آنها با اعداد يا نمادهاي آشنا جهت اسپين هاي نهايي را بدانيم. اين همان نقطه اي از فناوري رايانه هاي کوانتومي است که با چالش جدي مواجه است. روشي که اين گروه تحقيقاتي در هفته هاي اخير به آن دست يافته اند دو گام بزرگ در اين خصوص را برداشته است و امکان تشخيص اسپين و تزريق آن را مطرح مي کند، اما هنوز مساله درست کردن ابتدايي يک اسپين اوليه مطرح است ، ولي با وجود اين مشکل هم اکنون با ياري اين پروژه که بخشي از آن با حمايت نهادهاي دفاعي امريکا به انجام رسيده است امکان طراحي ترانزيستورهاي کوانتومي وجود دارد و مي توان آنها را ساخت.
اين به معني نزديک شدن به حل مشکلات اصلي پيش روي دانشمندان در طراحي رايانه هاي کوانتومي است.
منبع
