تفاوت کامپیوتر کوانتومی و کامپیوتر معمولی فقط به سریعتر بودن یکی از آن‌ها خلاصه نمی‌شود. این دو نوع رایانه اطلاعات را با واحدهای متفاوتی پردازش می‌کنند و بر پایهٔ دو چارچوب فیزیکی جداگانه ساخته شده‌اند: کامپیوترهای معمولی بر منطق دیجیتال و کامپیوترهای کوانتومی بر قوانین مکانیک کوانتومی تکیه دارند.
کامپیوتر معمولی برای بیشتر کارهای روزمره، از اجرای برنامه‌ها و بازیها تا ذخیرهٔ عکس و استفاده از اینترنت، انتخاب عملی و قابل اتکاتری است. کامپیوتر کوانتومی برای حل گروه محدودی از مسائل پیچیده طراحی می‌شود؛ بنابراین قرار نیست جای لپ‌تاپ یا گوشی را بگیرد.
تفاوت کامپیوتر کوانتومی و کامپیوتر معمولی در واحد پردازش اطلاعات
کوچک‌ترین واحد اطلاعات در رایانههای معمولی بیت است. هر بیت در یک لحظه میتواند مقدار صفر یا یک داشته باشد. میلیون‌ها یا میلیاردها بیت کنار هم قرار میگیرند تا داده‌ها، دستورهای برنامه و نتیجهٔ محاسبات را نمایش دهند.
در رایانهٔ کوانتومی، واحد پایه کیوبیت نام دارد. کیوبیت با ویژگی‌هایی مانند برهم‌نهی میتواند پیش از اندازهگیری در ترکیبی از حالتهای صفر و یک قرار بگیرد. با این حال، این موضوع به معنی ذخیرهٔ سادهٔ تعداد نامحدودی جواب یا دیدن همزمان همهٔ پاسخ‌ها نیست؛ طراحی الگوریتم و روش اندازهگیری تعیین میکند چه نتیجه‌ای به دست آید.
برهم‌نهی، درهمتنیدگی و تداخل چه نقشی دارند؟
سه مفهوم کوانتومی در تفاوت عملکرد این دو رایانه اهمیت زیادی دارند. برهم‌نهی به کیوبیت اجازه میدهد پیش از اندازهگیری با ترکیبی از حالت‌ها توصیف شود. درهمتنیدگی نیز نوعی ارتباط کوانتومی میان کیوبیت‌ها ایجاد میکند که با منطق معمول بیت‌ها قابل توضیح کامل نیست.
عنصر تعیین‌کنندهٔ دیگر تداخل کوانتومی است. الگوریتم کوانتومی باید احتمال مسیرهای نادرست را کاهش دهد و احتمال مسیرهای مطلوب را تقویت کند. پس مزیت کوانتومی از «امتحان کردن همهٔ جوابها و خواندن فوری بهترین جواب» به دست نمی‌آید؛ چنین برداشتی یکی از رایج‌ترین ساده‌سازی‌های نادرست دربارهٔ این فناوری است.
نحوهٔ انجام محاسبه در این دو رایانه چه فرقی دارد؟
در کامپیوتر معمولی، دستورها با گیت‌های منطقی مانند AND، OR و NOT روی بیت‌ها اجرا می‌شوند. نتیجهٔ هر مرحله معمولاً به شکل صفر یا یک مشخص است و رایانه میتواند این مراحل را با سرعت بسیار زیاد و خطای کم تکرار کند.
کامپیوتر کوانتومی از گیت‌های کوانتومی برای تغییر حالت کیوبیت‌ها استفاده میکند. در پایان، کیوبیت‌ها اندازهگیری می‌شوند و نتیجه به شکل معمولی خوانده می‌شود. از آنجا که اندازهگیری میتواند حالت کوانتومی را تغییر دهد، اجرای الگوریتم و استخراج پاسخ باید با دقت بیشتری طراحی شود.
کدام‌یک برای کارهای روزمره مناسب‌تر است؟
برای استفادهٔ خانوادگی و شخصی، تقریباً همیشه کامپیوتر معمولی یا گوشی هوشمند انتخاب مناسب‌تری است. تماشای فیلم، ویرایش اسناد، آموزش آنلاین، بازی، مدیریت فایل‌ها و اجرای بیشتر نرم‌افزارها به کیوبیت نیاز ندارند.
- رایانهٔ معمولی برای اجرای پیوسته و قابل پیش‌بینی برنامه‌ها مناسب است.
- رایانهٔ کوانتومی به محیط آزمایشگاهی، کنترل دقیق و تجهیزات تخصصی نیاز دارد.
- خروجی بسیاری از الگوریتم‌های کوانتومی احتمالی است و ممکن است برای رسیدن به اطمینان مناسب، چند بار اجرا شود.
حتی در حوزه‌هایی که رایانهٔ کوانتومی میتواند مفید باشد، معمولاً رایانهٔ کلاسیک وظایفی مانند کنترل سیستم، آماده‌سازی داده و تحلیل نتیجه را انجام میدهد. به همین دلیل، مدل واقع‌بینانه‌تر در سال‌های پیش رو همکاری دو نوع رایانه است، نه حذف کامل یکی از آن‌ها.
تفاوت سخت‌افزار و میزان خطا
بیت‌های رایانهٔ معمولی می‌توانند با فناوری‌های مختلف، از ترانزیستورهای تراشه تا وضعیت مغناطیسی یا الکتریکی، پیاده‌سازی شوند. این سامانه‌ها در مقیاس بسیار بزرگ تولید شده‌اند و روش‌های اصلاح خطا و پایدار نگه‌داشتن داده در آن‌ها به بلوغ بالایی رسیده است.
کیوبیت‌ها را می‌توان با فناوری‌هایی مانند مدارهای ابررسانا، یون‌های به‌دام‌افتاده یا سامانههای فوتونی ساخت. این حالت‌ها به اختلالات محیطی حساس‌اند؛ گرما، لرزش، نویز الکتریکی و حتی برهم‌کنش ناخواسته با محیط میتواند اطلاعات کوانتومی را تغییر دهد. بنابراین بسیاری از دستگاه‌های کوانتومی به سرمایش شدید، خلأ یا تجهیزات کنترلی پیچیده نیاز دارند.
این حساسیت باعث می‌شود کیوبیت‌های امروزی خطاپذیرتر از بیت‌های معمولی باشند. برای ساخت رایانهٔ کوانتومی قابل اتکا، پژوهشگران روی تصحیح خطای کوانتومی کار می‌کنند؛ روشی که خود به تعداد زیادی کیوبیت و کنترل بسیار دقیق نیاز دارد.
کامپیوتر کوانتومی در چه مسائلی مزیت دارد؟
مزیت احتمالی این فناوری به نوع مسئله وابسته است، نه به نام «کوانتومی» به‌تنهایی. نمونه‌های مورد توجه پژوهشگران عبارت‌اند از:
- شبیهسازی مولکول‌ها و مواد برای پژوهش‌های شیمی، دارویی و انرژی؛
- برخی مسائل بهینهسازی، مانند یافتن ترکیب مناسب در میان گزینه‌های بسیار زیاد؛
- حل بعضی مسائل ریاضی و رمزنگاری با الگوریتم‌های کوانتومی مشخص؛
- پژوهش در یادگیری ماشین و تحلیل داده، در مواردی که الگوریتم مناسب و مزیت آن اثبات شده باشد.
این فهرست به معنای آماده بودن راه‌حل تجاری برای همهٔ این کاربردها نیست. بسیاری از سامانههای کنونی هنوز در مرحلهٔ آزمایش و توسعه قرار دارند و مقایسهٔ منصفانه باید بر اساس یک مسئلهٔ مشخص، الگوریتم مشخص و سخت‌افزار مشخص انجام شود.
آیا کامپیوتر کوانتومی جایگزین رایانهٔ معمولی می‌شود؟
پاسخ کوتاه، برای آیندهٔ قابل پیش‌بینی، منفی است. رایانههای معمولی در ارزان‌بودن، دسترس‌پذیری، پایداری و تنوع نرم‌افزارها برتری دارند؛ در مقابل، رایانههای کوانتومی برای مسائل تخصصی و بسیار خاص ساخته می‌شوند.
جمع‌بندی: تفاوت کامپیوتر کوانتومی و کامپیوتر معمولی از بیت و کیوبیت آغاز می‌شود و به شیوهٔ محاسبه، سخت‌افزار، میزان خطا و کاربردها می‌رسد. کامپیوتر کوانتومی الزاماً سریعتر از رایانهٔ معمولی نیست؛ ارزش آن در این است که برای بعضی مسائل مشخص، راهی متفاوت برای محاسبه فراهم میکند.
