چکیده متن اصلی
اغلب کامپیوترهای دیجیتال امروزی برمبنای بیتها یا بایت هایی کار میکنند که محدود به0و1 هستند. کنند.اما رایانه کوانتومی وسیلهای محاسباتی است بجای بیتها دارای کیوبیت ها است.کوبیت مخفف کوانتوم-بیت است و از ویژگی حرکت چرخشی یا اسپینی الکترون ها در آن استفاده میشود که هر زمان نمایانگر بیش از یک عدد است. یک کامپیوتر مبتنی بر بیت های کوانتومی تعداد حالات پایه بیشتری نسبت به کامپیوترهایی بر پایه بیت های معمولی دارد، به طور همزمان می تواند دستورات بیشتری اجرا کند. یکی از قابلیت های کامپیوترهای کوانتومی که موجب تفاوت آنها با کامپیوترهای کلاسیک میشود بحث موازی بودن ذاتی پردازش درآنها است.
درکامپیوترهای کوانتومی بزرگترین مشکل تشخیص وتصحیح خطا است. کامپیوترهای کوانتومی مبتنی بر فوتون ها کمترین اثر پذیری از محیط را دارند پس دارای احتمال خطای بسیار کمی هستند،
کامپیوتر کوانتومی به عنوان یک ماشین محاسبه گر از گیت های منطقی برای پردازش اطلاعات بهره میبرد تفاوت عمده میان گیت های منطقی کلاسیک و کوانتومی آن است که ورودی وخروجی گیت های کوانتومی میتواند حالت برهم نهاده یک کیوبیت هم باشدیکی از گیت های منطقی کوانتومی،گیت CNOT است.
امروزه کامپیوترها به سرعت درحال نزدیک شدن به محدودیتی بنیادین هستند . شاید بزرگترین ضعف آن ها این است که متکی برفیزیک کلاسیک هستند که برازدحام پربرخورد میلیاردها الکترون درون تقریبا همان تعداد ترانزیستورحکم رانی می کنند .تراشه های درون کامپیوترهای امروزی به قدری کوچک می شوند که تداوم حکم رانی فیزیک کلاسیک ممکن نیست.
کامپیوترهای کوانتومی
اغلب کامپیوترهای دیجیتال امروزی بر اساس ماشین تورینگ ساخته شده اند.این ماشین دستگاهی است فرضی،شامل نواری با طول نامحدود که هر خانه در آن میتواند یک علامت(مثلا صفر یا یک)را در خود جای دهد یا خالی بماند.یک هد خواندن نوشتن میتواند این علائم را خوانده ودستورالعمل های لازم را برای اجرا به ماشین بدهد.کامپیوترهای امروزی بر همین مبنا با بایت هایی کار میکنند که میتوانند روشن یا خاموش، صفر یا یک باشند.
این کامپیوترها هر بیت داده را با حضور یا عدم حضور الکترون ها روی یک ترانزیستور متمایز می کنند.یک الکترون می تواند دارای حرکت چرخشی یا اسپینی با جهت خاص یا خلاف آن جهت باشد یا حتی می تواند دارای ترکیبی از اسپین های مختلف باشد. از همین ویژگی الکترون ها می توان برای مقداردهی استفاده کرد، الکترون در اسپینی با یک جهت مشخص صفر و در اسپینی خلاف جهت آن یک تلقی شود. فیزیک کوانتوم می گوید که الکترون دارای احتمالی از اسپین در یک جهت یا جهت دیگر است. اما تا زمانی که حرکت آن را سنجید نمی توانید در یابید که در کدام جهت می چرخند. تقریبأ می توان گفت ، جهت چرخش الکترون غیر قابل پیش بینی است و به همین ترتیب یک بیت اطلاعات کوانتومی یا کیوبیت (Qubit) می تواند غیر قابل پیش بینی باشد.یعنی به طور همزمان هم صفر و هم یک باشد. همین نامعلومی نتیجه جالبی در پی دارد که وقتی به جای یک کیوبیت دو کیوبیت را مجسم کنید، ملموس تر خواهد بود: دو کیوبیت ما می توانند در یک زمان ،ترکیبی از تمام حالت های ممکن را ایجاد کنند:هر دو صفر (0،0)،هر دو یک (1،1) اولی صفر و دومی یک (1،0)و اولی یک و دومی صفر (0،1) با اضافه کردن یک کیوبیت دیگر و بررسی تمام حالات (111،110،101،100،011،010،001،000)به سادگی در می یابیم که اگر n تعداد کیوبیت ها باشد ،n2 حالت ممکن وجود خواهد داشت . پس با در نظر گرفتن این که یک کامپیوتر مبتنی بر بیت های کوانتومی تعداد حالات پایه بیشتری نسبت به کامپیوترهایی بر پایه بیت های معمولی دارد، به طور همزمان می تواند دستورات بیشتری اجرا کند.
مشکل اصلی در ساخت اولیه کامپیوترهای کوانتومی آن بود که باید اطمینان حاصل می شد یک کیوبیت در حالت کوانتومی و اعجاب انگیز "هم صفر و هم یک " یا به زبان فزیک دانان هم دوسی (coherence) قرار دارد. یکی از ویژگی های ذاتی خصلت کوانتومی ذرات وجودیا عدم آن تحت تأثیر عوامل بیرونی است، ضربه ناشی از برخورد یک مولکول هوای ولگرد ،یک تغییر ناگهانی در میدان مغناطیسی ،کمانه کردن تصادفی یک پروتون و ... به معنای ناپدید شدن آنی "هم دوسی" است و با این اتفاق شما دیگر چیزی به نام کامپیوتر کوانتومی نخواهید داشت . بر این اساس برای ساخت چنین کامپیوتری باید آن را کاملأ از بقیه دنیا ایزوله کرد. اما مسئله اینجا است که ایزوله کردن مطلق چنین کامپیوتری شدنی نیست ، زیرا به هر حال شما باید داده ها را به آن وارد و نتیجه خروجی آن را دریافت کنید. با این اوصاف ، اگر قرار است کامپیوتر کوانتومی را مطلقأ تنها بگذارید ، پس چگونه می توانید آن را کنترل کنید ؟
نتایج دو پژوهش مهم تقریبأ کامپیوترهای کوانتومی را از فراموش شدن نجات داد . نخستین آن ها کشف یک الگوریتم ضرب توسط پیتر شور از آزمایشگاه عملی تحقیقاتی AT&T بود. ضرب اعداد بسیار بزرگ ، یکی از مهم ترین مشکلات دانش کامپیوتر است . در واقع با بزرگ تر شدن تعداد ارقام عددهایی که قرار است در هم ضرب شوند ، زمان لازم برای این کار به طور نمایی افزایش می یابد. تا جایی که زمان لازم ضرب اعداد چند صد رقمی از طول عمر جهان بیشتر خواهد شد.شور ثابت کرد که ضرب عددی چهار صد رقمی ، که یافتن حاصل آن برای یک کامپیوتر معمولی میلیاردها سال به طول خواهد انجامید ، به کمک یک کامپیوتر کوانتومی ظرف یک سال امکان پذیر است .
فهرست
1-پیشگفتار وتاریخچه --------------------------------------- 2
1-1کاربرد کامپیوترهای کوانتومی --------- 4
2-نگاهی به محاسبات کوانتومی ------------------------------ 4
2-1منطق کوانتومی ----------------------- 4
2-2پردازش کوانتومی -------------------- 5
3-فیزیک محاسبات کوانتومی --------------------------------- 6
3-1تجزیه ناپذیری ----------------------- 6
3-2برهم نهی ---------------------------- 7
3-3عملیات محاسباتی وentengliment -- 9
3-3-1گیت ها ------------------ 9
3-3-2عملگرها ---------------- 10
4-محدودیت های کامپیوترهای کوانتومی ------------------- 10
5-به سوی کامپوترهای کوانتومی بر پایه تراشه------------ 15
6-پنج چیز که هر کامپیوتر کوانتومی نیاز دارد --------------------- 17
شامل 36 صفحه word
دانلود تحقیق کامپیوترهای کوانتومی
