رایانه‌های کوانتومی در مقابل رایانه‌های احتمالی

شکل ۱. رایانه‌های احتمالی رقیب رایانه‌های کوانتومی

منتشر‌شده در: analyticsinsight به تاریخ ۷ اپریل ۲۰۲۱
لینک منبع: KNOW ABOUT HOW TO BUILD A PROBABILISTIC COMPUTER AND MORE!

در طول سال‌ها، دنیای تکنولوژی به شدت در انتظار محاسبات کوانتومی بوده است. حقیقتی که هنوز هم باقی مانده است این است که کامپیوترهای کوانتومی تا جایی که به نظریه مربوط می‌شود عالی به نظر می‌رسند. اما ساخت ماشین‌های عملی با بار بالایی از موانع و چالش‌ها در ارتباط است. از جنبه روشن‌تر، اگر مهندسان بتوانند با موفقیت وارد دنیای کامپیوترهای کوانتومی عملی شوند، نوع محاسبات انجام‌شده روی هم رفته در سطح متفاوتی انجام خواهد شد. با در نظر گرفتن این چالش‌ها، یکی از مهم‌ترین راه‌هایی که ما می‌توانیم در اینجا به کار بگیریم، محاسبات احتمالی است. این یکی از راه‌های عالی برای مقابله با عدم قطعیت در داده‌ها است.

کارشناسان بر این باورند که چالش‌های فنی که در صورت استفاده از کامپیوترهای کوانتومی با آن مواجه هستیم آنقدر زیاد است که بسیار بعید است که کامپیوترهای کوانتومی با اهداف عمومی در آینده در دسترس قرار گیرند. علاوه بر این، ممکن است بین ۵ تا ۱۰ سال طول بکشد و یا حتی ممکن است بیشتر طول بکشد تا اولین کامپیوترهای کوانتومی کاربردی به صورت آنلاین به کار گرفته شوند. واضح است که این یک سرمایه‌گذاری عظیم در زمان است. این به خاطر تمام مشکلات و چالش‌هایی است که مردم برای کاوش عمیق‌تر در درک اهمیت و نقش احتمال در سیستم‌های محاسباتی، ایجاد می‌کنند. فیزیک‌دان فقید، ریچارد فاینمن، در مورد افرادی که این را پذیرفته بودند و ۳۰ سال پیش هم همین کار را کرده بودند، مطمئن بود. او معتقد بود که یک کامپیوتر احتمالی این پتانسیل را دارد که در رقابت با کامپیوترهای کوانتومی بایستد.

ممکن است علاقمند به مطالعه مقاله برترین شرکت‌های پیشرو در ثبت اختراعات محاسبات کوانتومی باشید.

چگونه یک کامپیوتر احتمالی بسازیم؟

نیازی به گفتن نیست که این پایه، یک ذره احتمالی است. در گذشته، کامپیوترها از یک آهن‌ربا با دو جهت ممکن مغناطیس‌سازی برای ذخیره کردن بیت استفاده می‌کردند. این مغناطیس‌ها را می‌توان برای اجرای p-بیت‌ها به کار برد. یک تیم از تکنیک مشابه برای ساخت یک کامپیوتر احتمالی در سال ۲۰۱۹ با هشت p-بیت استفاده کرده بود.

بهترین بخش در مورد استفاده از مغناطیس‌های ناپایدار به عنوان بلوک اصلی ساختمان این است که p-بیت می‌تواند با استفاده از چند ترانزیستور به جای هزاران ترانزیستور اجرا شود. این ویژگی ساخت کامپیوترهای احتمالی بزرگ‌تر را ممکن می‌سازد.

با صحبت در مورد اصل کار کامپیوترهای احتمالی، یک سیستم p-بیت‌ها از یک حالت اولیه به حالت نهایی تکامل می‌یابد. بدیهی است که ممکن است تعداد قابل‌توجهی از حالت‌های میانی وجود داشته باشند. هر مسیر، احتمال متفاوتی دارد. عنصر شگفت‌انگیز در اینجا این است که کدام مسیر توسط کامپیوتر به طور کامل به شانس بستگی دارد. برای به دست آوردن احتمال کلی، شما باید تمام احتمالات تمام مسیرهای ممکن را با هم جمع کنید. در مورد یک کامپیوتر کوانتومی، از کیوبیت به جای p-بیت استفاده می‌کند. در اینجا، احتمال با اضافه کردن دامنه‌های پیچیده برای تمام مسیرهای ممکن بین حالت اولیه و حالت نهایی تعیین می‌شود.

به بیان ساده، تفاوت بین یک کامپیوتر احتمالی و یک کامپیوتر کوانتومی این است که اولی احتمالات را اضافه می‌کند در‌حالی‌که دومی دامنه‌های احتمال پیچیده را اضافه می‌کند. نکته دیگری که باید ذکر شود این است که احتمالات اعداد مثبت کم‌تر از یک هستند در‌حالی‌که دامنه‌های احتمال اعداد پیچیده هستند. از این رو، زمانی که یک مسیر اضافی را در مورد محاسبات کوانتومی اضافه می‌کنید، آن می‌تواند مسیر موجود را حذف کند. از سوی دیگر، اضافه کردن یک مسیر اضافی در کامپیوترهای احتمالی تنها می‌تواند احتمال نهایی را افزایش دهد.

نکته مهم دیگر این است که کیوبیت‌ها دامنه‌های پیچیده را حمل می‌کنند. اینها باید به دقت در برابر محیط‌زیست محافظت شوند. توجه زیادی باید به دمای نگهداری شده شود. تمام این مشکلات در مورد یک کامپیوتر احتمالی برطرف می‌شود زیرا می‌تواند با فن‌آوری ساده‌تر که در دمای اتاق عمل می‌کند، ساخته شود.

در جنبه منفی، شما نمی‌توانید با احتمالات منفی در اینجا مقابله کنید. این موضوع آن را تنها برای آن دسته از الگوریتم‌هایی که نیاز به لغو مسیر ندارند، مناسب می‌سازد. به طور خلاصه، محاسبات احتمالاتی یکی از موثرترین راه‌ها برای جایگزینی محاسبات کوانتومی است.

این متن با استفاده از ربات ترجمه مقالات کوانتوم ترجمه شده و به صورت محدود مورد بازبینی انسانی قرار گرفته است.در نتیجه می‌تواند دارای برخی اشکالات ترجمه باشد.