- شنبه ۶ اردیبهشت ۱۴۰۴
رایانش کوانتومی رایانه‌های آینده را متحول خواهد کرد
رایانش کوانتومی مکمل رایانش سنتی امروز است نه جایگزین آن و به کمک آن می‌توانیم به برخی از بزرگ‌ترین و پیچیده‌ترین مسائلی که بشر با آنها مواجه است پاسخ دهیم.
چکیده
رایانش کوانتومی می‌تواند مسائلی را حل کند که رایانه‌های امروزی قادر به حل آنها نیستند، مانند مسائلی در حوزهٔ مدل‌سازی و پیش‌بینی آب‌وهوا، کشف دارو، بهبود بهره‌وری مالی و اینکه آیا مثلاً امروز هوا برای پرتاب راکت مساعد است یا خیر. با اینکه رایانش کوانتومی در آغاز راه است، برای ما بسیار الهام‌بخش بوده است و کمک می‌کند در مورد شیوه‌ای که اکنون از قابلیت‌های رایانشی استفاده می‌کنیم تجدیدنظر کنیم.
یکی از مهم‌ترین ابزارهای حل مسئله در جهان رایانه استفاده از زبان‌های برنامه‌نویسی است. اما اگر تفکر برنامه‌ننویسی را نداشته باشید، نمی‌توانید این زبان‌ها را به‌خوبی درک کرده و از آنها استفاده کنید. تفکر سیستماتیک و منطق چیزی است که همهٔ کسانی که در حوزهٔ رایانه مشغول به کار هستند باید آن را به‌خوبی بدانند. آموزش مقدمه ای بر الگوریتم و برنامه نویسی, دوره‌ای عمومی است که در دپارتمان فناوری اطلاعات و ارتباطات مجتمع فنی تهران برگزار می‌شود و همهٔ کسانی که با کار با رایانه آشنایی دارند و می‌توانند در آن شرکت کنند. فراگیران در این دوره طی ۴۰ ساعت آموزش با انواع مفاهیم مربوط به تفکر الگوریتمی و تحلیل منطقی مسائل آشنا می‌شوند.
رایانش کوانتومی روش ثبت عدم قطعیت است
تصور کنید سکه‌ای را به هوا پرتاب کرده‌اید. وقتی سکه درحال چرخیدن در هواست کدام روی سکه بالاست، خط یا شیر؟ روشن است که وقتی سکه درحال چرخیدن است نمی‌توانید به این پرسش پاسخ دهید. تنها وقتی سکه پایین بیفتد و از حرکت بازایستاد، می‌توانید بگویید خط آمده است یا شیر.
اگر بپرسند «رایانش کوانتومی چطور کار می‌کند؟» باید به عدم قطعیتی که هنگام چرخش سکه وجود دارد بیندیشید. رایانش کوانتومی می‌خواهد این عدم قطعیت را به چنگ بگیرد و از آن استفاده کند. عناصر پردازشی زیادی در وضعیت عدم قطعیت قرار می‌دهیم که به آنها کیوبیت می‌گویند. سپس کیوبیت‌ها را برنامه‌ریزی می‌کنیم، برنامه را اجرا می‌کنیم و نتایج را ثبت می‌کنیم، همان‌طور که در هنگام فرودآمدن سکه نتیجه را می‌بینیم.
رایانش کوانتومی چطور انجام می‌شود؟
رایانش کوانتومی با رایانش صفرویکی متشکل از بیت‌ها و بایت‌ها که در دستگاه‌های امروزی انجام می‌شود متفاوت است. رایانش کوانتومی بر مکانیک کوانتوم مبتنی است که شاخه‌ای از فیزیک است که درکش اندکی دشوار است. رایانش کوانتومی می‌تواند عدم قطعیت‌های فراوان را به شیوهٔ مؤثر مدیریت کند و این کار چندان با تصمیم‌گیری‌های فراوانی ما هر روز در زندگی با آنها مواجه هستیم تفاوتی ندارد.
رایانش کوانتومی مکمل رایانش سنتی، یعنی رایانشی که امروز از آن استفاده می‌کنیم، است نه جایگزین آن. توانایی ثبت و تحلیل عدم قطعیت‌ها باعث می‌شود بتوانیم به برخی از بزرگ‌ترین و پیچیده‌ترین مسائلی که بشر با آنها مواجه است به شیوه‌ای جدید و قدرتمند پاسخ دهیم. رایانش کوانتومی همچنین می‌تواند مسائلی را حل کند که رایانه‌های امروزی قادر به حل آنها نیستند، مانند مسائلی در حوزهٔ مدل‌سازی و پیش‌بینی آب‌وهوا، کشف دارو، بهبود بهره‌وری مالی و اینکه آیا مثلاً امروز هوا برای پرتاب راکت مساعد است یا خیر.
فناوری رایانش کوانتومی هنوز در آغاز راه است. بسیاری از رایانه‌های پیشرفتهٔ کوانتومی هر بار تنها می‌توانند برای کسری از ثانیه کار کنند. اما روند پیشرفت رایانش کوانتومی مستمر و مداوم است. حتی اکنون که رایانش کوانتومی در آغاز راه است برای ما بسیار الهام‌بخش بوده است و کمک می‌کند «در مورد شیوه‌ای که اکنون از قابلیت‌های رایانشی استفاده می‌کنیم تجدیدنظر کنیم».
کسانی که به موفقیت این ماشین‌ها امیدوارند می‌بینند که کاربردهای بسیار متنوعی برای رایانش کوانتومی پیش‌بینی می‌کنند، ازجمله در حوزهٔ علوم پزشکی و درمان، رمزنگاری، کاهش تغییرات اقلیمی، برآورد ریسک بیمه، مالی و حوزه‌های دیگر.
چرا رایانش کوانتومی بسیار عجیب‌وغریب است؟
رایانه‌های کوانتومی از نظر بسیاری مردم بسیار غریب و چیزی اسرارآمیز هستند. فیلم دکتر استرنج و مولتی‌ورس دیوانگی که در سال ۲۰۲۲ ساخته شد برخی از واکنش‌ها را نسبت به ماشین‌های کوانتومی نشان می‌دهد. چرا این ماشین‌ها این‌قدر عجیب‌اند؟
این امر دو علت عمده دارد. یکی اینکه افراد اغلب دربارهٔ ماهیت ماده دچار بدفهمی بنیادین هستند و ماشین‌های کوانتومی سعی می‌کنند ماهیت ماده را نشان دهند. دلیل دوم است که رایانش کوانتومی قدرتی فوق‌العاده دارد و وقتی به تکامل برسد برای بشریت فواید فراوانی خواهد داشت.
رایانش کوانتومی چطور می‌تواند دیدگاه انسان را به جهان عوض کند؟ جهانی که ما می‌شناسیم، و در آن سنگ به پایین سقوط می‌کند و راکت به هوا می‌رود، ظاهراً متشکل از مواد جامد و صلب است و انرژی نیرویی است که در حالات مختلف بر ماده اثر می‌گذارد. اما واقعیت جهان این است که ماده را می‌توان مجموعه‌ای از انرژی‌ها دانست.
مثلاً بیشتر جرم پروتون و نوترون در هستهٔ اتم حاوی اطلاعاتی دربارهٔ حوزه‌های انرژی بسیار قدرتمندی است که این اجزا را در جای خود نگه داشته‌اند. یکی از مهم‌ترین اجزای رایانش کوانتومی یعنی فوتون‌ها جرم ندارند و صرفاً از انرژی ساخته شده‌اند. اینشتین به ما آموخته است که ماده هم‌ارز انرژی است و این را در فورمول معروف E=mc2 نشان داده است. این فورمول به زبان ساده می‌گوید که انرژی درون مادهٔ صلب برابر است با جرم آن ضرب در مجذور سرعت نور.
سرعت نور عدد بسیار بزرگی و برابر با ۳۰۰هزار کیلومتر بر ثانیه یا ۱۸۶هزار مایل بر ثانیه است. مجذور سرعت نور عددی بسیار بزرگ‌تر است. توجه به این عدد بسیار بزرگ در معادلهٔ اینشتین نشان می‌دهد که حتی در ذرهٔ کوچکی از ماده انرژی بسیار زیادی وجود دارد و سلاح‌ها و نیروگاه‌های هسته‌ای گواه این انرژی بسیار زیاد هستند.
نکتهٔ اصلی در ماشین‌های کوانتومی این است که ماده نسبتاً بی‌اهمیت است و ذرات بیشترین انرژی را دارند. رایانش کوانتمی از این ویژگی عجیب ذرات استفاده می‌کند. اتم‌ها، فوتون‌ها، فلزات بسیار رسانا و سایر موادی که یونیزه شده‌اند رفتار مکانیک کوانتومی را شکل می‌دهند.
دومین دلیل توجه زیاد به رایانه‌های کوانتومی این است که رایانش کوانتومی قدرت بسیار زیادی دارد. البته امروز بهترین رایانه‌های کوانتومی چندان از ابررایانه‌های مرسومی که در اختیار داریم قوی‌تر نیستند. اما رایانه‌های کوانتومی در آینده می‌توانند سرعت و قدرت بسیار زیادی فراهم کنند.
انتظار می‌رود در یکی دو دههٔ آینده رایانه‌های کوانتومی صدها، هزاران و حتی میلیون‌ها بار سریع‌تر از رایانه‌های امروز مسائل را حل کنند. نمی‌توان پیش‌بینی یا حتی تصور کرد که این نوع قدرت رایانه‌ای چه نقشی در حل چالش‌های پیش روی بشر خواهد داشت. آینده‌ای که در آن از نیروی رایانش کوانتومی استفاده خواهد شد بسیار جذاب است. اما به قول اینشتین می‌تواند کمی ترسناک نیز باشد.
جمع‌بندی
رایانش کوانتومی می‌تواند عدم قطعیت‌های فراوان را به شیوهٔ مؤثر مدیریت کند و این کار چندان با تصمیم‌گیری‌های فراوانی ما هر روز در زندگی با آنها مواجه هستیم تفاوتی ندارد. رایانش کوانتومی در آینده شیوهٔ حل مسئله را دگرگون خواهد کرد و این کار را از طریق استفاده از عدم قطعیت مکانیک کوانتومی انجام خواهد دارد. مفاهیم کلیدی در رایانش کوانتومی عبارت‌اند از کیوبیت، برهم‌نهی، درهم‌تنیدگی و موارد دیگر.
یکی از مهم‌ترین ابزارهای حل مسئله در جهان رایانه استفاده از زبان‌های برنامه‌نویسی است. اما اگر تفکر برنامه‌ننویسی را نداشته باشید، نمی‌توانید این زبان‌ها را به‌خوبی درک کرده و از آنها استفاده کنید. تفکر سیستماتیک و منطق چیزی است که همهٔ کسانی که در حوزهٔ رایانه مشغول به کار هستند باید آن را به‌خوبی بدانند. دورهٔ مقدمه‌ای بر الگوریتم و برنامه‌نویسی دوره‌ای عمومی است که در دپارتمان فناوری اطلاعات و ارتباطات مجتمع فنی تهران برگزار می‌شود و همهٔ کسانی که با کار با رایانه آشنایی دارند و می‌توانند در آن شرکت کنند. فراگیران در این دوره طی ۴۰ ساعت آموزش با انواع مفاهیم مربوط به تفکر الگوریتمی و تحلیل منطقی مسائل آشنا می‌شوند.
در دنیای کسب‌وکار امروز، تحصیلات دانشگاهی برای حفظ ارزش شما به‌عنوان نیروی کار بااستعداد و کارآمد کافی نیستند. برای اینکه مزیت رقابتی شخصی خود را حفظ کنید، باید بر آموزش مستمر و مادام‌العمر خود سرمایه‌گذاری کنید. خانواده بزرگ مجتمع فنی تهران هرساله به هزاران نفر کمک می‌کند تا در مسیر شغلی خود پیشرفت کنند.
اگر شاغل هستید و وقت ندارید در دوره‌های آموزشی حضوری شرکت کنید، مجتمع فنی تهران گزینه‌هایی عالی برای آموزش مجازی، آنلاین، آفلاین و ترکیبی ارائه می‌دهد. با شرکت در دوره‌های کوتاه‌مدت مجتمع فنی تهران و دریافت مدارک معتبر و بین‌المللی می‌توانید با اعتماد به نفس مسیر ترقی را طی کنید و در سازمان خود به مهره‌ای ارزشمند تبدیل شود.
منبع: Dummies
مترجم: بهناز دهکردی
پرسش‌های متداول
رایانش کوانتومی چیست؟
رایانش کوانتومی بر مکانیک کوانتوم مبتنی است که شاخه‌ای از فیزیک است که درکش اندکی دشوار است. رایانش کوانتومی می‌تواند عدم قطعیت‌های فراوان را به شیوهٔ مؤثر مدیریت کند. توانایی ثبت و تحلیل عدم قطعیت‌ها باعث می‌شود بتوانیم به برخی از بزرگ‌ترین و پیچیده‌ترین مسائلی که بشر با آنها مواجه است به شیوه‌ای جدید و قدرتمند پاسخ دهیم. رایانش کوانتومی همچنین می‌تواند مسائلی را حل کند که رایانه‌های امروزی قادر به حل آنها نیستند.
رایانش کوانتومی در چه حوزه‌هایی کاربرد دارد؟
کسانی که به موفقیت این ماشین‌ها امیدوارند می‌بینند که کاربردهای بسیار متنوعی برای رایانش کوانتومی پیش‌بینی می‌کنند، ازجمله در حوزهٔ علوم پزشکی و درمان، رمزنگاری، کاهش تغییرات اقلیمی، برآورد ریسک بیمه، مالی و حوزه‌های دیگر. به کمک رایانش کوانتومی می‌توان به مسائل لاینحلی در حوزهٔ مدل‌سازی و پیش‌بینی آب‌وهوا، کشف دارو، بهبود بهره‌وری مالی و اینکه آیا مثلاً امروز هوا برای پرتاب راکت مساعد است یا خیر پاسخ داد.
