فن‌آوری انسان، از نگاه تاریخی، دربردارنده‌ی اندیشه‌ی ما، آتش و سلاح‌های نوک‌تیز بوده است. با اینکه آتش و سلاح‌های نوک‌تیز به نیروگاه‌های برق و سلاح‌های هسته‌ای تبدیل شدند، ولی بزرگترین پیشرفت در اندیشه‌ی ما روی داد.
از ۱۹۶۰ تا کنون، توان ماشین‌های هوشمند با رشدی نمایی بالارفته که به ما توانایی ساخت رایانه‌های کوچکتر و همچنین نیرومندتر را داده است، ولی این روند به پایان مرزهای فیزیکی خود برای رشد نزدیک است.
اندازه قطعه‌های کامپیوتری به کوچکی یک اتم نزدیک می‌شوند! برای اینکه بدانیم چرا این یک چالش است، باید برخی از دانسته‌های پایه‌‌ای را بازبینی کنیم.
یک رایانه از بخش‌های بسیار ساده‌ای ساخته‌شده شامل بخش نمایش داده، پردازش داده و بخش‌های کنترل، که کارهای بسیار ساده‌ای نیز انجام میدهند. تراشه‌های رایانه‌ای از ماژول‌ها، ماژول‌ها از دروازه‌های(گیت) منطقی، و آنها نیز از ترانزیستورها ساخته‌شده‌‌اند.
یک ترانزیستور ساده‌ترین شکل یک پردازنده‌ی داده در رایانه است، که تنها یک کلید است که می‌تواند راه را برای داده‌ها(اطلاعات) باز یا بسته کند.
این داده‌ها از "بیت"هایی ساخته شده‌اند که می‌توانند یا صفر باشند یا 1. برای نشان‌دادن داده‌های پیچیده‌تر، آمیزه‌ای از چندین "بیت" به کار برده می‌شود.
با چیدمان ترانزیستورها میتوان دروازه‌های منطقی را ساخت، که هنوز هم کارهای بسیار ساده‌ای انجام میدهند. برای انجام دستور "وَ"("AND") اگر همه‌ی ورودی‌ها ۱ باشند، دروازه نیز ۱ را بیرون می‌دهد، وگرنه "صفر" را نشان می‌دهد.
برای نمونه، برای جمع کردن دو عدد چندین دروازه‌منطقی به‌کار می‌رود.
با انجام جمع، ضرب هم انجام‌پذیر است، و با انجام ضرب، هر کاری شدنی است. چون همه‌ی عملیات‌های پایه از جمع کردن دو عدد در ریاضی سال اول دبستان آسان‌تر است، می توان یک رایانه را مانند یک گروه از دانش‌آموزان هفت‌ساله پنداشت که به پرسش‌های پایه‌ی ریاضی پاسخ می دهند.
دسته‌ی به اندازه‌ی کافی بزرگی از آن ماژول‌ها‌ی کامپیوتری می‌تواند هر چیزی را رایانش کند.از ستاره‌شناسی تا بازی زِلدا! ولی با بزرگ و بزرگترشدن بخش‌ها و کوانتومی شدن فیزیک کار پیچیده می‌شود.
باری! یک ترانزیستور تنها یک کلید الکتریکی است. الکتریسیته، الکترونهایی است که از یک جا به جایی دیگر در حرکتند، بنابراین یک کلید، گذرگاهی است که می‌تواند الکترونها را از حرکت در یک جهت بازدارد.
امروزه،اندازه معمولی یک ترانزیستور ۴۰ نانومتر است، که یک هشتم قطر ویروس‌های ایدز و ۵۰۰ برابر کوچکتر از یک گلبول قرمز خون است.
با کاهش اندازه‌ی ترانزیستورها به اندازه‌ی تنها چند اتم، الکترونها ممکن است با فرآیندی به نام "تونل‌زنی‌ِکوانتومی" از گذرگاه بسته شده بگذرند. در دنیای کوانتوم، فیزیک با آنچه که ما در پیش‌بینی‌های فیزیکی با آن خو گرفته‌ایم فرق دارد، و رایانه‌های کنونی به آسانی به دردنخور می‌شوند.
ما داریم به یک سد فیزیکی واقعی در راه پیشرفت فناوری می‌رسیم. برای گذر از این چالش، دانشمندان در تلاشند از این ویژگی‌های غیرعادی کوانتومی با ساخت رایانه کوانتومی بهره‌برداری کنند.
در رایانه‌های معمولی، "بیت" کوچکترین یکای داده است. رایانه‌های کوانتومی "کیوبیت-Qbit"، را به کار می‌برند که آن نیز می‌تواند دو شماره داشته باشد (صفر و یک).
یک کیوبیت می‌تواند نماینده‌ی هر سامانه‌ی کوانتومی دوپله‌ای مانند "چرخش در یک میدان مغناطیسی" و یا یک "تک فوتون" باشد. صفر و یک این سامانه‌ها می‌تواند نماینده‌ی حالت‌هایی مانند قطبی‌شدن افقی یا عمودی فوتونها باشد.
در دنیای کوانتومی، Qbit لازم نیست «تنها» یک حالت داشته باشند، بلکه می‌توانند «در یک زمان» آمادگی داشتن هر یک از دو حالت را داشته باشند. این ویژگی «اَبَر جایگاه» نام دارد. ولی! هر زمان که خواستیم به آن مقدار دهیم، برای نمونه با فرستادن فوتون از یک فیلتر، دیگر باید تصمیم بگیرد که می‌خواهد قطبی‌شدن عمودی داشته باشد یا افقی.
بنابراین «کیوبیت»ها تا زمانی که به کار برده‌نشده‌اند، دارای ویژگی «اَبَر جایگاه» بوده و هر دو گزینه‌ی صفر و یک را دارند که شما نمی‌توانید پیش‌بینی کنید کدامیک خواهد بود، مگر اینکه آن را اندازه بگیرید که یکی از دو جایگاه صفر/یک را می‌گیرد. «اَبَر جایگاه» کارت برنده‌ی بازی است.
چهار تا «بیت» کلاسیک می‌توانند در هر زمانی در یکی از حالت‌ها از دو به توان چهار چیدمان گوناگون باشند. شما تنها می‌توانید یکی از این ۱۶ گونه چیدمان ممکن را به کار بگیرید. ولی در "کیوبیت" و با گزینه‌های «اَبَر جایگاه»، میتوان همه آن ۱۶ چیدمان را در یک زمان به کار گرفت.
شمار چیدمان‌های ممکن با افزودن هر کیوبیت به طور نمایی رشد می‌کند.
هم‌اکنون با ۲۰ کیوبیت می توان یک میلیون داده را موازی نگهداری کرد. ویژگی شگفت‌انگیز و باورنکردنی که کیوبیت‌ها دارند "درهم‌تنیدگی" است. پیوندی استوار که باعث می‌شود هر کیوبیت نسبت به یک دگرگونی حالت در دیگر کیوبیت‌ها، صرف‌نظر از فاصله آنها، بی‌درنگ واکنش نشان دهد.
این یعنی هنگامی که به یک کیوبیتِ درهم‌تنیده مقدار میدهید، بدون رفتن به سراغ کیوبیت‌های درهم‌تنیده با آن، ویژگی‌های آنها را نیز تغییر میدهید. از کار با کیوبیت مغز آدم سوت میکشد! دروازه‌های منطقیِ کلاسیک یک مجموعه ساده از ورودی را گرفته و یک خروجی مشخص تولید می‌کنند.
دروازه‌ی کوانتومی یک «اَبَر جایگاه» ورودی را دستکاری، گزینه‌های چیدمان را بررسی، و یک «اَبَرجایگاه» دیگر را در خروجی تولید می‌کند.
بنابراین، یک رایانه‌ی کوانتومی چند کیوبیت را مقدار می‌دهد، آنها را با گذراندن از دروازه‌های کوانتومی درهم‌تنیده کرده، گزینه‌های چیدمان را دستکاری کرده و در پایان اَبَرجایگاه را به یک توالی واقعی از صفر و یک در خروجی تبدیل می‌کند. این بدان معنی است که با این روش میتوان مقدار بسیار زیادی از محاسبات را همزمان انجام داد.
در نهایت شما تنها یکی از گزینه‌ها را به عنوان نتیجه خواهید داشت که ممکن است پاسخ مورد انتظار شما نباشد، بنابراین، ممکن است با انجام دوباره همان کار آن را دوباره کنترل کنید. ولی، با بهره‌برداری هوشمندانه از «اَبَرجایگاه» و «درهم‌تنیدگی» این سامانه می‌تواند بازدهی را با توانی نمایی در سنجش با رایانه‌های عادی افزایش‌دهد.
بنابراین، با اینکه شاید رایانه‌های کوانتومی جایگزین رایانه‌های خانگی ما نشوند، ولی در برخی از زمینه‌ها بسیار برتر خواهند بود. یکی از آنها جستجو در پایگاه‌داده‌ها است.
برای یافتن چیزی در یک پایگاه‌داده، یک رایانه عادی باید تک‌تک داده‌ها ورودی را بررسی کند. الگوریتم‌های کوانتومی در زمانی نزدیک به ریشه‌ی دوم(√) زمانِ رایانه‌های عادی، این کار را انجام می‌دهد، که برای پایگاه‌داده‌های بزرگ یک تفاوت بزرگ است.
شناخته‌شده‌ترین کاربرد رایانه‌های کوانتومی در گسترش امنیت داده‌ها است. هم‌اکنون، شما هنگام دیدن ایمیل‌ها و داده‌های پولی بانکی‌تان در اینترنت، داده‌ها با یک سامانه‌ی رمزگذاری امن می‌شوند، که در آن شما به هر کسی یک کلید عمومی برای رمزگذاری داده‌ها میدهید و کلید بازکردن رمز آن تنها در نزد شماست.
چالش این است که این کلید عمومی می‌تواند برای محاسبه و کشف کلید بازکردن رمز شما، بهره‌برداری شود.
خوشبختانه، انجام محاسبات ریاضی مورد نیاز برای این کار بر روی رایانه‌های عادی به معنای واقعی کلمه سالها آزمون‌و‌خطا به همراه خواهد داشت، ولی یک رایانه کوانتومی با افزایش نمایی سرعت رایانش، می‌تواند آن را در یک آن انجام‌دهد.
یکی دیگر از کاربردهای به راستی هیجان انگیز، شبیه‌سازی است.
شبیه‌سازی‌های با دنیای کوانتوم در منابع(قدرت پردازش و حافظه) و حتی برای ساختارهای بزرگتر مانند مولکول‌ها که دقت شبیه‌سازی در آنها کمتر است، توانمندترند. پس چرا فیزیک کوانتوم با خود فیزیک کوانتوم واقعی شبیه‌سازی نشود؟!
شبیه‌سازی‌های کوانتومی می‌تواند فهم ژرف‌تری از پروتئین‌ها بدهد که شاید داروسازی را دگرگون سازد. هنوز نمی‌دانیم که آیا کامپیوترهای کوانتومی تنها یک ابزار بسیار تخصصی خواهند بود و یا یک انقلاب بزرگ برای انسان؟!
هیچ نمی‌دانیم که مرزهای فناوری تا کجا است، ولی، تنها یک راه برای دانستن آن هست!
شاید این ها را نیز بپسندید:
رایانه های کوانتومی چگونه کار می کند؟
درهم تنیدگی کوانتومی چیست؟
انتقال داده کوانتومی
گمانه زنی برای ساخت رایانه کوانتومی تا پایان ۲۰۱۷
پیش‌بینی مدیر مهندسی گوگل از فناوری
پیش‌بینی دانشمندان از جهان در ۳۰ سال آینده
زندگی در ۵ تا ۱۵ سال آینده چگونه خواهد بود؟