رایانه های کوانتومی

ایده دستگاه محاسباتی بر اساس مکانیک کوانتوم ابتدا در دهه ۱۹۷۰ و اوایل ۱۹۸۰ توسط برخی از فیزیکدانان و دانشمندان رشته کامپیوتر ، زمانیکه محدودیتهای اصلی محاسباتی را بررسی می کردند،مورد توجه قرار گرفت. در سال ۲۰۰۱،اولین محاسبه کوانتومی بوسیله دانشمندان انجام شد.آنها توانستند،میلیاردها میلیارد سلول کامپیوتری خاصی که در محیط آزمایشگاهی طراحی شده اند،به کامپیوترهای کوانتومی ۷ کیوبیتی تبدیل کنند،که گونه ساده ای از مشکلات ریاضی را حل می کند و اساس رمز نگاری دستگاههای امنیت امروزی است.در سال ۲۰۰۷ یک شرکت کانادایی،اعلام کرد که کامپیوتر کوانتومی را به نمایش گذاشته است.
رایانه کوانتومی ماشینی است که از پدیده‌ها و قوانین مکانیک کوانتوم مانند برهم نهی (Superposition) و درهم تنیدگی (Entanglement) برای انجام محاسبات استفاده می‌کند. کامپیوترهای کوانتومی با کامپیوترهای فعلی که با ترانزیستورها کار می‌کنند تفاوت اساسی دارند. ایده اصلی که در کامپیوترهای کوانتومی نهفته است این است که می‌توان از خواص و قوانین فیزیک کوانتوم برای ذخیره‌سازی و انجام عملیات روی داده‌ها استفاده کرد.
کامپیوترهای کنونی براساس داده های دو دویی کار می کنند که از رشته های طولانی با فقط دو عدد ۱ یا ۰ تشکیل می شوند. ۱ و ۰ را بیت می نامند و حالت های منطقی را ارائه می دهند که ذخیره سازی و پردازش آنها برای کامپیوترها آسان است. در آینده، کامپیوتری مبتنی بر مکانیک کوانتومی ممکن است با داده های دو دویی نیز کار کند، ولی در این مورد حالت منطقی ممکن است ۱ و ۰ ، یا ترکیبی از هر دو باشد.

بین کامپیوترهای کلاسیک و کامپیوترهای کوانتومی نسل آینده تفاوت اساسی وجود دارد. یک کامپیوتر کلاسیک بر اساس قوانین فیزیک کلاسیک دستورات از پیش تعیین شده ای را اجرا می‌کند، اما یک کامپیوتر کوانتومی دستگاهی است که یک پدیده ی فیزیکی را بر اساس مکانیک کوانتومی به صورت منحصر به فردی در می آورد تا به صورت اساسی یک حالت جدید از پردازش اطلاعات را تشخیص دهد. در یک کامپیوتر معمولی اطلاعات به صورت یک سری بیت کد کذاری می شوند و این بیت‌ها از طریق گیتهای منطقی بولین که سری هستند برای نتیجه ی نهایی دستکاری می شوند به طور مشابه یک کامپیوتر کوانتومی، کوبیت‌ها یا بیت‌های کوانتومی را با اجرای یک از گیت‌های کوانتومی دستکاری می کندو هر واحد انتقال بر روی یک تک کوبیت یا یک جفت کوبیت عمل می کند. با به کار بردن این کمیت‌های متوالی یک کامپیوتر کوانتومی می تواند یک واحد انتقال پیچیده از طریق مجموعه ای از کوبیت‌ها در بعضی حالات ابتدایی ایجاد کند. پیشبرد پروژه ایجاد کامپیوتر کوانتومی در یک کامپیوتر کوانتومی به جای استفاده از ترانزیستورها و مدارهای کامپیوتری معمولی از اتم‌ها و سایر ذرات ریز برای پردازش اطلاعات استفاده می شود.
یک کامپیوتر کوانتومی را در داخل یک الماس جاسازی کرده اند. دلیل اینکار حفاظت کامپیوتر در مقابل به هم خوردن همدوسی (decoherence) اعلام شده که در نتیجه نویز به وجود می‌آید.
این کامپیوتر کوانتومی تنها شامل دو بیت کوانتومی (که کوابیت خوانده می‌شوند) است که هر کدام از ذرات زیراتمی ساخته شده اند.
این الماس هم مانند همه الماس‌های دیگر دارای ناخالصی است یعنی ماده تشکیل دهنده آن حاوی عناصری به جز کربن است. در این کامپیوتر کیوبیت اول از یک هسته نیتروژن ساخته شده هسته کیوبیت دوم، یک الکترون در نظر گرفته شده است. اسپین این دو ذره به عنوان اطلاعات کیوبیت (وضعیت روشن و خاموش بودن آن‌ها) در نظر گرفته شده‌اند. در حالت کلی الکترون‌ها کوچکتر از هسته‌ها هستند و در نتیجه امکان پردازشی سریعتری فراهم می‌کنند ولی به همین دلیل نیز راحت‌تر تحت تاثیر نویز قرار گرفته، دچار عدم همدوسی می‌شوند.

از کامپیوتر های کوانتومی می توان برای رمز گذاری و رمز گشایی استفاده کرد اگر امروز یکی از آنها وجود داشت دیگر هیچ اطلاعاتی بر روی اینترنت ناامن نبود.
یک شرکت کانادایی به نام D-Wave  سال گذشته بزرگترین  تراشه کامپیوتر کوانتومی را با ۲۰۰۰ کیوبیت (کوانتوم بیت)تولید کرد. این تراشه با ارتفاع ۱۰ فوت و قیمت ۱۵ میلیون دلار به نام D-Wave 2000Q در حال حمل و نقل است.