سخنرانی TED: راهنمایی برای تازه‌واردان به دنیای رایانش کوانتومی

رایانه‌های کوانتومی: جادوی علمی در دل عدم قطعیت

تصور کنید در یک کازینو در لاس‌وگاس هستید و تصمیم می‌گیرید روی یکی از رایانه‌های آن بازی‌ای شبیه به شطرنج یا پاسور انجام دهید. این بازی با یک سکه آغاز می‌شود که روی آن نمایان است. رایانه اولین حرکت را انجام می‌دهد و می‌تواند تصمیم بگیرد که سکه را بچرخاند یا نه، اما شما نتیجه را نمی‌بینید. سپس نوبت شماست تا همین انتخاب را داشته باشید. در نهایت، رایانه بار دیگر حرکت می‌کند و در پایان، نتیجه آشکار می‌شود: اگر سکه «رو» باشد، رایانه برنده است، در غیر این صورت شما پیروز شده‌اید.

در صورت اجرای عادلانه، احتمال پیروزی برای هر دو طرف ۵۰ درصد است، و آزمایش‌های کلاس درس شوهینی گوس فیزیکدان کوآنتومی نیز این احتمال را تأیید کردند. اما سؤال اصلی این است: اگر این بازی با یک رایانه کوانتومی انجام شود چه اتفاقی می‌افتد؟

دنیای متفاوت رایانه‌های کوانتومی

شوهینی گوس، فیزیکدان توضیح می‌دهد که رایانه کوانتومی چیزی فراتر از یک رایانه قدرتمندتر است؛ بلکه اساساً یک فناوری متفاوت است که بر پایه درک نوین از فیزیک کوانتوم عمل می‌کند. او می‌گوید: «همان‌طور که نمی‌توان با بهبود شمع، لامپ ساخت، نمی‌توان با ارتقای رایانه‌های سنتی به رایانه کوانتومی رسید. این دو جهان کاملاً جداگانه‌اند.»

رایانه کوانتومی، به‌جای پردازش بیت‌هایی با مقدار صفر یا یک، از کیوبیت‌هایی استفاده می‌کند که می‌توانند به‌طور همزمان در حالت صفر و یک قرار گیرند، مفهومی به نام «برهم‌نهی» (Superposition).

آزمایشی با مشارکت تماشاگران «TED»

این فیزیکدان با همکاری تیم «TED» آزمایشی انجام داد. پیش از سخنرانی، از شرکت‌کنندگان خواسته شد بین دایره و مربع یکی را انتخاب کنند، بی‌آنکه بدانند این انتخاب در حقیقت به معنای چرخاندن یا نچرخاندن سکه در بازی کوانتومی است. با استفاده از ۳۷۲ پاسخ دریافتی، آن‌ها ۳۷۲ بازی را با رایانه کوانتومی «IBM» انجام دادند. نتیجه؟ رایانه تقریباً در تمام بازی‌ها پیروز شد؛ تنها در چند مورد به دلیل خطاهای عملیاتی شکست خورد.

چگونه رایانه کوانتومی برنده شد؟

پاسخ در فیزیک کوانتوم نهفته است. در رایانه‌های سنتی، سکه شبیه‌سازی‌شده تنها می‌تواند صفر یا یک باشد. اما در دنیای کوانتومی، کیوبیت می‌تواند به‌صورت همزمان صفر و یک باشد، با احتمال‌هایی متفاوت برای هرکدام.

این ویژگی به رایانه اجازه می‌دهد که تا پایان بازی، ترکیب «رو» و «پشت» را حفظ کرده و در آخر با «بازگرداندن برهم‌نهی» (Unmixing)، نتیجه را به نفع خود رقم بزند. گوس این پدیده را به هم زدن دو مایع و دوباره جداسازی کامل آن‌ها تشبیه می‌کند؛ امری غیرممکن در دنیای معمول، اما شدنی در جهان کوانتومی.

کاربردهای واقعی رایانه‌های کوانتومی

شوهینی گوس در ادامه سخنرانی خود با شور و شوق از سه کاربرد مهم این فناوری سخن می‌گوید:

۱. رمزنگاری غیرقابل نفوذ

با بهره‌گیری از «عدم قطعیت کوانتومی»، می‌توان کلیدهای رمزگذاری‌ای تولید کرد که حتی با تلاش‌های پیچیده نیز قابل کپی‌برداری نیستند. این نوع رمزنگاری در حال حاضر توسط بانک‌ها و نهادهای بین‌المللی در حال آزمایش است.

۲. تحول در پزشکی و داروسازی

شبیه‌سازی مولکول‌ها برای کشف داروهای جدید، کاری بسیار پیچیده است. اما رایانه‌های کوانتومی که خود با اصول مشابه با ساختار مولکول‌ها کار می‌کنند، می‌توانند در آینده به کشف درمان‌هایی برای بیماری‌هایی مانند آلزایمر کمک کنند.

۳. تله‌پورت اطلاعات

بله، تله‌پورت! اطلاعات می‌توانند بدون انتقال فیزیکی، از مکانی به مکان دیگر منتقل شوند. این امکان از طریق پدیده «درهم‌تنیدگی کوانتومی» (Quantum Entanglement) فراهم می‌شود. این فناوری در آزمایشگاه‌ها به‌صورت آزمایشی انجام شده و می‌تواند بخشی از اینترنت کوانتومی آینده باشد.

نگاه به آینده: کاوشی در سرزمین عجایب کوانتومی

گوس می‌گوید که تیم او در حال توسعه شبیه‌سازی شبکه‌های کوانتومی است و در این مسیر، پروتکل‌هایی برای تله‌پورت میان کاربران، انتقال داده‌های ایمن و حتی رأی‌گیری محرمانه طراحی کرده‌اند.

او سخنرانی خود را با نگاهی فلسفی به پایان می‌رساند: «من رایانه کوانتومی را تنها ابزاری برای حل مساله نمی‌بینم؛ بلکه آن را وسیله‌ای برای کشف رازهای طبیعت می‌دانم. چقدر شگفت‌انگیز است که انسان با دایره‌ محدود تجربیاتش، می‌تواند تا این حد در جهان نفوذ کند. آینده ذاتاً نامشخص است و برای من، این یعنی هیجان.»