نگاهي به كامپيوترهاي نسل آينده

شهر در خاموشي

كامپيوترهاي اوليه قدرت انجام عمليات و محاسبات سنگين را نداشتند و در ساختار خود از بيش از ۱۸ هزار لامپ خلا استفاده مي كردند و مصرف بسيار بالايي داشتند به طوري كه يكي از اين كامپيوترهاي اوليه كه «انياك» نام داشت، هنگامي كه روشن شده و شروع به كار مي كرد، برق نيمي از شهر نيويورك قطع مي شد و فضايي بيش از ۱۵۰ مترمربع را اشغال مي كرد. در نهايت با اختراع ترانزيستورهاي نيمه هادي عمر آنها به پايان رسيد. در آينده اي نه چندان دور ممكن است اين ماجرا يك بار ديگر تكرار شود و كامپيوترهاي امروزي جاي خود را به كامپيوترهاي نسل آينده يعني «كامپيوترهاي كوآنتومي» بدهند. در مقايسه كامپيوترهاي كوآنتومي با كامپيوترهاي امروزي مي توان گفت مسائلي كه زماني تصور مي شد غيرقابل حل است، حل خواهد شد و شبيه سازي هاي صورت گرفته به واقعيت بسيار نزديك تر مي شود، حتي ابركامپيوترها در برابر آنها رقيبي محسوب نخواهند شد.

كامپيوترهاي اوليه علاوه بر وزن بسيار زياد، حجم بسيار بزرگي هم داشتند و گاهي براي نگهداري آنها يك ساختمان چندطبقه لازم بود ولي با اين وجود توانايي آنها هزاران بار كمتر از كامپيوترهاي امروزي بود و براي تهيه و نگهداري آنها هزينه هاي سنگيني صرف مي شد. با اختراع ترانزيستورهاي نيمه هادي در سال ۱۹۵۹ كه نسبت به لامپ هاي خلا بسيار كوچك تر و ارزان تر و به نحو چشمگيري كارآمدتر بودند، ديگر از لامپ هاي خلا استفاده نشد، به ويژه آنكه ترانزيستورها پس از سال ها استفاده خراب نمي شدند. ولي مسئله به اينجا هم ختم نشد. با اختراع مدارات مجتمع ICها كه با ابعاد چند ميلي متري مي توانستند هزاران ترانزيستور را در خود جاي دهند، باز هم نسل جديد كامپيوترها، كوچك تر و پيشرفته تر و البته سريع تر شد.
وقتي اندازه ترانزيستورهايي كه متخصصان مي سازند به ابعاد اتمي نزديك مي شود، ديگر قوانين حاكم بر فيزيك كلاسيك بر رفتار اتم ها حاكم نيست. به طور مثال كسي نمي داند يك الكترون در يك زمان مشخص دقيقا در كجا قرار دارد يا كسي نمي تواند به درستي تشخيص دهد كه الكترون در يك سيم به كجا مي رود. يعني وقتي به ابعاد اتمي نزديك مي شويم، فيزيك كوآنتومي رفتار اتم ها را توضيح مي دهد و ديگر قوانين كلاسيك كاربرد ندارد. در واقع كامپيوترهاي نسل آينده با استفاده از فناوري هاي ميكروسكوپيك ذره ها كار مي كنند، به طور مثال در مورد الكترون از خاصيت «اسپين» آنها استفاده مي كنند، در تابش از خاصيت پولاريزاسيون و غيره به همين دليل است كه سرعت و حجم اين كامپيوترها با كامپيوترهاي امروزي قابل قياس نيست. نخستين ايده ها در مورد كامپيوترهاي كوآنتومي به دهه ۱۹۸۰ برمي گردد در آن زمان دانشمنداني همچون «ديويد دويچ» و ريچارد فايمن با ارائه مقاله هايي از لحاظ نظري به توصيف كامپيوترهاي كوآنتومي پرداختند، ولي دستيابي متخصصان به جنبه هاي عملي آن امكان پذير نشد. تا آنكه در نهايت در نوامبر ۱۹۹۴، پيتر شور با طراحي يك الگوريتم كوآنتومي كه بعدها به الگوريتم شور معروف شد، تا حد زيادي جهان را در دستيابي به كامپيوترهاي كوآنتومي نزديك تر كرد. براساس اين روش مي توان با استفاده از كامپيوترهاي كوآنتومي يك عدد را با سرعت فوق العاده اي به مقسوم عليه هاي اول آن تجزيه كرد. اگر براي انجام عمل رياضي مشابهي از كامپيوترهاي فعلي استفاده كنيم، با افزودن هر رقم به عدد مورد نظر سرعت كامپيوتر براي حل مسئله به نصف كاهش مي يابد. قدرت رياضي الگوريتم شور دانشمندان زيادي را به فكر انداخت تا براي پيدا كردن الگوريتم هاي كوآنتومي ديگر يا يافتن روش هاي عملي اجراي اين الگوريتم ها فعاليت كنند.
در كامپيوترها از يك دستور ساده گرفته تا سيستم عامل، همه در نهايت به صورت رشته هايي از صفر و يك درمي آيند. اين رشته ها مي تواند روي هارد كامپيوتر شما، يك ديسك فشرده و يا حتي موبايل تان ذخيره شود. كوچك ترين واحد ذخيره اطلاعات كه بيت bit نام دارد، يك سلول مغناطيسي است كه بسته به جهت مغناطيس مي تواند صفر يا يك باشد. اما در كامپيوترهاي كوآنتومي وضعيت به اين نحو است كه صفر و يك ها جاي خود را از ميدان مغناطيسي به يك خصوصيت كوآنتومي ماده به نام «اسپين» مي دهند. اسپين را مي توان به جهت چرخش يك ذره تشبيه كرد. مثلا بنا بر قوانين كوآنتومي از دو الكترون در اتم هليوم اگر يكي اسپين مثبت باشد ديگري حتما اسپين منفي است. در نتيجه مي تواند ابزار بسيار مناسبي براي ذخيره سازي صفر و يك باشد. بنابراين در كامپيوترهاي آينده به كوچك ترين واحد ذخيره اطلاعات «كيوبيت» Qbit مي گويند. از همه مهمتر اينكه هر بيت در حالت كلاسيك خود در يك لحظه مشخص فقط مي تواند يك حالت صفر يا يك داشته باشد در صورتي كه در كوآنتوم يك بيت مي تواند در يك زمان مشخص حاوي هر دو حالت صفر و يك باشد. هم اكنون دانشمندان به دنبال ماده اي هستند كه كيوبيت هاي فراواني داشته باشد و به گونه اي باشد كه بتوان با كيوبيت هاي آن ارتباط برقرار كرد. دستاورد فعلي آنها يك مولكول از فلوئور كربن و آهن است كه هفت كيوبيت واقعي دارد. آنها ميلياردها مولكول از اين ماده را در آزمايشگاه ساخته اند و با استفاده از آن نخستين محاسبه واقعي يك كامپيوتر كوآنتومي را انجام داده اند.
با توجه به ماهيت ساختار كامپيوترهاي كوآنتومي روش برقراري ارتباط آنها كاملا متفاوت با كامپيوترهاي امروزي است، بدين صورت كه پالس هاي راديويي نقش صفحه كليد را دارند كه به وسيله آن اطلاعات وارد كامپيوتر مي شود و دستگاه تشديد مغناطيسي كه دستگاهي شبيه به دستگاه MRI بيمارستان است و با همان اصول كار مي كند، نقش صفحه نمايشگر كامپيوتر را ايفا مي كند. با ارائه تصوير مغناطيسي از توده مولكول ها كامپيوتر پاسخ محاسبات را به ما نشان مي دهد. دستاورد فعلي دانشمندان در زمينه ساخت كامپيوتر كوآنتومي، ساخت مولكولي با ظرفيت هفت كيوبيت بوده است كه توسط آن توانسته اند عدد ۱۵ را به سه و پنج تجزيه كنند، گرچه اين دستاورد ممكن است چندان قابل توجه به نظر نيايد ولي به طور يقين اين تلاش ها شروعي براي گام هاي بزرگتر در آينده خواهد بود. مسئله ديگر نرم افزارهاي كوآنتومي هستند كه حالت كوآنتومي مشخصي دارند و كامپيوترهاي آينده را قادر مي سازند وظيفه خاصي را انجام دهند. حاصل كار بسته به نسخه نرم افزار، متغير خواهد بود. اما مشكل اين است كه نرم افزار ها حالت يك بار مصرف خواهند داشت كه البته باعث رشد صنعت نر م افزاري خواهد شد و به نفع شركت هاي نرم افزاري است، ولي به تازگي محققان كشف كرده اند كه نرم افزار كوآنتومي در شرايط خاص مي تواند نقش كاتاليزوري را انجام دهد و طي فرآيند بدون مصرف شدن باعث اجراي عمليات شود. با توجه به دستاوردهاي جديد دانشمندان، مي توان آينده درخشاني را براي نسل آينده كامپيوترها متصور بود به ويژه آنكه اين مسئله مورد استقبال كاربران نيز قرار گرفته است.
Newyorktimes.com ,22Jun.2006

ترجمه: عليرضا سزاوار

منبع : سايت آينده نگر

1,210 total views, 0 views today

Share

پاسخ دهید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *