تحقیق مقاله چرا کامپیوتر کوانتومی مطالعه می‌شود؟

در جامع رایج، کامپیوترها،‌ در همه جا،  روز و شب به کار می‌روند. کامپیوترها در زندگی معمولی ما و حرفه‌ ما نقش اصلی را دارند.

اخیراً‌ هنگام به کارگیری کامپیوترهای کنونی،  در موقعیتهای مختلف با مشکلاتی مواجه شده‌ایم. یکی از این مشکلات اطمینان به ارتباط بین کامپیوترها در شبکه می‌باشد. این مشکل جدی است. هنگامی که یک مدرک سری بین دو کامپیوتر مبادله می‌شود می‌تواند توسط دسته ‌سومی از کامپیوترها هم خوانده شود.

برای پیشگیری از چنین مشکلاتی سیستمهای رمزی مورد توجه قرار گرفت و به صورت وسیع بر روی آن تحقیق شد. از میان انواع مختلف سیستمهای رمزی، سیستمهای رمزی کلید عمومی RSA بیشتر استفاده شد.

 این سیستمها بر اساس عامل مشترک یک عدد صحیح بزرگ عمل می‌کنند که به سختی انجام می‌شود و یا ممکن است حتی با ابرکامپیوترهای رایج هم سالها طول بکشد،‌ تا حل شود. طرح رمزی کنونی به وسیله ‌ تمرکز بر یک نقطه کم توان کامپیوتر انجام می‌شود.

از آنجایی که ساختن این سیستمها ساده است به صورت معمول در ارتباط بین کامپیوترها به اکر می‌روند.

هر چند در سال 1994، p-shor  در آزمایشگاه «AT, T » کشف کرد که چنین عامل مشترکی ممکن است با یک نمونه کامپیوتر که ماشینی ترینگ کوانتومی خوانده می‌شود و اساس یک کامپیوتر کوانتومی است،‌ بسیار سریع تر محاسبه می‌شود. این کشف به نوعی به کامپیوتر کوانتومی برجستگی داده است که ممکن است به رمز گشاینده‌ های کامپیوتر فرصت دهد تا با موفقیت،‌ حتی به نفوذ ناپذیرترین سیستمهای طرح رمزی عملاً‌ در زمانی کوتاه یورش برند.

بر خلاف اطلاعات عددی 0 و 1 پردازش کامپیوترهای رایج،  کامپیوترهای کوانتومی موقعیت بالای 0 و 1 را پردازش می‌کنند. (به عنوان مثال 0 در بعضی از درصدها و نیز 1 در بعضی درصدها) بنابراین مورد اخیر با مورد قبلی تفاوت دارد.

دلیل دیگری برای اینکه چرا پیدایش کامپیوتر های کوانتومی پیش بینی شده است وجود دارد و آن این است که حل عامل مشترک اعداد بزرگ با کامپیوترهای کلاسیک بسیار مشکل است.

پس آیا کامپیوترهای سریع می‌توانستند چنین عامل مشترکی را به راحتی حل کنند؟

سرعت بالای کامپیوترها بستگی به سرعت بالای cpu ها  دارند و ساختن cpu ها سریعتر هم احتیاج  به ترکیب مقیاس بزرگتری از cpuها دارد که می‌تواند در تراکم بالاتر ترانزیستورهای cpuهای مشابه در نظر گرفته شود.

با این حال، آن ترانزیستورها،‌ هنگام نزدیک نمودن به اندازه اتمها یعنی جایی که با علم مکانیک کوانتومی عمل کردند به محدودیتهای فیزیکی اساسی رسیدند.

Cpu ها برای کامپیوتر های کوانتومی شامل المانهای اصلی مثل الکترونها و فوتونها خواهد بود. بنابراین الکترونها و فوتونها  می‌توانستند بسیار کوچکتر از ترانزیستورهایی باشند که در کامپیوترهای کلاسیک به کار می‌روند.

اندازه ‌ کنترل کننده‌هایی که این المانهای کوچک را کنترل می‌کنند به میزان پیشرفت علم و تکنولوژی بستگی خواهد داشت.

با این حال اکثر دانشمندان و محققان در آزمایشگاههای دانشگاه و مؤ‌سسه‌ها تصدیق نمودند که کارهای عقب مانده بسیاری برای ساختن کامپیوترهای کوانتومی مفید عملی یا تجاری وجود دارد.

کامپیوتر کوانتوم:

کامپیوتر کوانتوم طرحی است که کاربرد «ماوراء‌موقعیتهای»‌ کیفیتهای کوانتوم را بررسی می‌کند. کامپیوترهای کوانتوم کوچک اخیراً‌ ساخته شده و در حال پیشرفت می‌باشند.

پیش بینی می‌شود که با ساخت کامپیوترهای کوانتوم در مقیاس بزرگتر بتوان مسائل معین و ویژه‌ای را سریعتر از کامپیوترهای کلاسیک حل کرد. کامپیوترهای کوانتوم با کامپیوترهای کلاسیک نظیر برخی «کامپیوترهای کوانتوم نقطه‌ای» , «کامپیوترهایDNA»

و «کامپیوترهای ترانزیستوری» تفاوت دارند با وجود آن همه ‌ آنها از عوامل مکانیکی کوانتوم متفاوت با کیفیت ماوراء‌ موقعیتها استفاده می‌کنند.

ساختار کامپیوترهای کوانتوم:

در مکانیک کوانتوم،‌ قرار گرفتن یک ذره در دو مکان یا موقعیت در یک زمان معین امکان‌پذیر می‌باشد. این کاملاً‌ مشابه schrodinger;s cat می‌باشد که در یک زمان هم زنده و هم مرده است. توانایی قرار داشتن در چند موقعیت مختلف در یک زمان معین را «ماوراء  موقعیت» می‌نامند.

یک کامپیوتر کلاسیک دارای حافظه‌ای است که متشکل از «بیتها»‌ می‌باشد. هر بیت در برگیرنده 1 و 0 است. طرح توسط کنترل این بیتها محاسبه می‌شود.

یک کامپیوتر کوانتوم شامل یک سری «کیوبیتها» می‌باشد. هر کیوبیت می‌تواند تنها در برگیرنده یک و یا صفر و یا یک و صفر باشد. به عبارت دیگر قادر به در برگرفتن یک و صفر بطور همزمان می‌باشد.

محاسبه در کامپیوترهای کوانتوم توسط کیوبیتها انجام می‌شود. یک کامپیوتر کوانتوم با بکارگیری ذره کوچکی که دارای دو موقعیت هستند عمل می‌کند.

کامپیوترهای کوانتوم ممکن است از اتمهایی ساخته شده باشند که در یک زمان هم تحریک شده و هم تحریک نشده باشند و یا امکان دارد از «فوتو ن‌های»‌نوری ساخته شده باشند که همزمان در دو مکان مختلف قرار داشته باشند.

ممکن است از پروتونها و نوترونهایی تولید شده باشند که همزمان دارای اسپین «بالا» و «پایین» باشند.

یک مولکول میکروسکوپی قادر به در برگرفتن چندین هزار پروتون و نوترون می‌باشد. و ممکن است به عنوان کامپیوتر کوانتوم که دارای هزاران کیوبایت می‌باشد به کار رود.

کامپیوترهای کوانتوم کاربردی:

David Divincenzo  از IBM به نیازهای زیر برای یک کامپیوتر کوانتوم کاربردی توجه کرده است:

قابلیت درجه بندی از لحاظ فیزیکی به منظور افزایش تعداد کیوبیتها

برای مقادیر اختیاری کیوبیتها را می‌توان در ابتدا قرار داد

گیتهای کوانتومی از decoherence سریعتر اند

کیوبیتها به سهولت قابل خواندن هستند.

قدرت کامپیوترهای کوانتومی:

بدست آوردن و یافتن شمار زیادی از فاکتور پریم بسیار مشکل می‌باشد. مسأله فاکتورگیری عدد صحیح برای یک کامپیوتر معمولی مشکل به نظر می‌رسد.

یک کامپیوترکوانتوم قادر به حل سریع این مسأله می باشد.

اگر یک عدد شامل n بیت باشد (ارقام n زمانیکه روی سیستم با نیری نوشته شوند بسیار طولانی هستند).  بنابراین یک کامپیوتر کوانتوم تنها با 2n کیوبیت قادر به یافتن عامل مشترک می‌باشد.

همچنین می‌تواند به حل مسأله  مرتبط به آن که لگاریتم  مطلق discretelog نامیده می‌شوند بپردازد. این توانایی به کامپیوترهای کوانتوم اجازه می‌دهد که بسیاری از سیستمهای رمزی مورد استعمال امروزی را نقص کنند.

بسیاری از کلیدهای نوشته‌های رمزی که شامل اشکال El Gammal,RSA و Diffie- Helman می‌باشند به سرعت باز می‌شوند. اینها امنیت صفحات web و e-mail و سری و انواع گوناگون  اطلاعات را تأمین می‌کنند. در نتیجه نقص اینها حائز اهمیت است.

تنها راه برای  ساختن الگوریتمی شبیه به RSA ،‌ تهیه ‌ کلیدی بزرگتر از بزرگترین کامپیوتر  کوانتوم قابل تولید می‌باشد. به نظر می رسد که ساخت کامپیوترهای قدیمی که با بیتهای بیشتری نسبت  به کیوبیتهای موجود در بزرگترین کامپیوتر کوانتوم دارند همیشه امکان پذیر است اگر این حقیقت داشته باشد. بنابراین الگوریتم های مشابه RSA قابل اعتماد ،‌ ساخته می‌شوند.