کیوبیت چیست؟ آشنایی با قلب تپنده کامپیوترهای کوانتومی_اصفهانیا

کامپیوترهای کوانتومی از فناوری‌های نوظهور امروزی‌اند. از اساسی‌ترین پایه‌های این فناوری «کیوبیت» است که آن را واحد بنیادی اطلاعات در رایانش کوانتومی می‌نامند. در ادامه زیاد تر درمورد کیوبیت‌ها و تفاوت‌ آنها با بیت‌های کلاسیک که پایه‌های کامپیوترهای سنتی می باشند سخن بگویید می‌کنیم.

بیت‌های کوانتومی

کیوبیت (Qubit) نام مختصر‌شده‌ «Quantum Bit»، کوچک‌ترین واحد اطلاعات در رایانش کوانتومی است. برخلاف بیت‌های کلاسیک که در یکی از ۲ حالت صفر یا یک قرار می‌گیرند، می‌توانند هم‌زمان ترکیبی از هر ۲ حالت باشند؛ ویژگی که به آن برهم‌نهی یا «Superposition» می‌گویند و نسبت به مدل‌های کلاسیک اطلاعات زیاد بیشتری در بر می‌گیرند.

دیگر ویژگی‌ شگفت‌انگیز کیوبیت‌ها درهم‌تنیدگی یا «Entanglement» نام دارد. درهم‌تنیدگی به حالتی می‌گویند که ۲ یا چند کیوبیت به طوری با هم ربط دارند که حالت یکی از آنها بلافاصله بر حالت فرد دیگر تأثیر می‌گذارد؛ حتی اگر کیلومترها از هم فاصله داشته باشند. این اتفاق به کامپیوترهای کوانتومی امکان می‌دهد محاسبات پیچیده‌ای را که برای کامپیوترهای کلاسیک غیرممکن یا زیاد زمان‌بر است، در وقتی زیاد مختصر انجام بدهند.

از طرفی، حالت‌های گوناگون کیوبیت‌ها با بردارهای دوبعدی به نام «حالت کوانتومی» توصیف خواهد شد که برخلاف بیت، می‌توانند در بی‌نهایت حالت گوناگون قرار بگیرند. همین نوشته علتشده کیوبیت نه‌فقط ابزار محاسباتی، بلکه نمادی از دنیای شگفت و نهان کوانتوم باشد.

علاوه‌براین، کیوبیت‌ها ابزار کاربردی‌اند که نوید انقلاب در حوزه‌های گوناگون را خواهند داد؛ از رمزنگاری کوانتومی گرفته تا همانند‌سازی دقیق مولکول‌ها در علوم پایه، ساده‌سازی مسائل پیچیده و یقیناً هوش مصنوعی. در واقع قسمت عمده قوت کامپیوترهای کوانتومی به کیوبیت‌ها ربط دارد و آنها شدت اجرای دستورات و تحلیل هم‌زمان حالات گوناگون را ممکن می‌کنند.

برای پیاده‌‌کردن کیوبیت، دانشمندان سیستم‌های فیزیکی متغیری به کار می‌گیرند؛ از یون‌های به‌دام‌افتاده تا ابررساناها و نقطه‌های کوانتومی. هریک از این راه حلها مزایا و چالش‌های خاص خودشان را دارند اما همه انها درنهایت تلاش می‌کنند حالات کوانتومی را با دقت بالا کنترل و اندازه‌گیری کنند. موضوعی که به‌شدت حساس و پیچیده است؛ چون کوچک‌ترین اختلال محیطی می‌تواند علتازبین‌رفتن اطلاعات کیوبیتی شود؛ اتفاق‌ای که آن را «Decoherence» می‌نامند.