کامپیوترهای کوانتومی: فراتر از صفر و یک

کامپیوترهای کلاسیک با بیت‌هایی کار می‌کنند که یا صفرند یا یک. کامپیوترهای کوانتومی از کیوبیت استفاده می‌کنند که می‌تواند در برهم‌نهی (superposition) هر دو حالت باشد.

حالت یک کیوبیت#

حالت کلی یک کیوبیت را می‌توان چنین نوشت:

$$|\psi\rangle = \alpha|0\rangle + \beta|1\rangle, \quad |\alpha|^2 + |\beta|^2 = 1$$

اندازه‌گیری این کیوبیت با احتمال $|\alpha|^2$ نتیجه صفر و با احتمال $|\beta|^2$ نتیجه یک می‌دهد.

درهم‌تنیدگی کوانتومی#

وقتی دو کیوبیت درهم‌تنیده می‌شوند، اندازه‌گیری یکی بلافاصله وضعیت دیگری را تعیین می‌کند، حتی اگر کیلومترها فاصله داشته باشند. این پدیده پایه بسیاری از الگوریتم‌های کوانتومی است.

مسیر یک الگوریتم کوانتومی#

چرا سریع‌تر است؟#

الگوریتم‌هایی مانند شور (Shor) با بهره‌گیری از تداخل کوانتومی می‌توانند مسائلی مانند تجزیه اعداد بزرگ به عوامل اول را با سرعتی نمایی سریع‌تر از بهترین الگوریتم‌های کلاسیک شناخته‌شده حل کنند.

محدودیت‌های فعلی#

کیوبیت‌ها بسیار شکننده‌اند و نویز محیطی به‌سرعت باعث از دست رفتن اطلاعات کوانتومی (دی‌کوهرنس) می‌شود. تصحیح خطای کوانتومی یکی از مهم‌ترین چالش‌های مهندسی این حوزه است.

منابع#

1. Nielsen & Chuang, Quantum Computation and Quantum Information, Cambridge, 2010.
2. Shor, P. W., SIAM Journal on Computing, 1997.