موانع و چند راه حل های کامپیوترهای کوانتومی

موانع و چند راه حل های مینی کامپیوترهای کوانتومی
همه موضوعات مطرح شده امیدوارکننده به نظر می رسند. اما هنوز موانع بزرگی وجود دارد که باید بر آنها غلبه کرد. در اینجا برخی از مشکلات کامپیوترهای کوانتومی وجود دارد:

 تداخل: در فاز محاسباتی یک عملیات کوانتومی، کوچکترین اختلال در سیستم کوانتومی (مثلاً یک فوتون سرگردان یا یک موج تابش الکترومغناطیسی) محاسبات کوانتومی را قطع می کند. این فرآیند به نام decoherence شناخته می شود. یک کامپیوتر کوانتومی در مرحله محاسباتی باید از هرگونه اختلال خارجی دور نگه داشته شود. موفقیت در این زمینه با استفاده از کیوبیت ها در میدان های مغناطیسی قوی با کمک یون ها به دست آمده است.
تصحیح خطا: از آنجایی که جداسازی واقعی یک سیستم کوانتومی بسیار دشوار است، سیستم های تصحیح خطا برای محاسبات کوانتومی توسعه یافته اند. کیوبیت ها بیت های داده دیجیتال نیستند، بنابراین روش های تصحیح خطای مرسوم (و بسیار موثر) مانند روش افزونگی سه گانه را نمی توان استفاده کرد. با توجه به ماهیت کامپیوتر کوانتومی، تصحیح خطا بسیار حیاتی است. حتی یک خطای کوچک اپراتور می تواند کل محاسبات را خراب کند. پیشرفت قابل توجهی در این زمینه حاصل شده است و الگوریتمی با استفاده از 9 کیوبیت (1 کیوبیت محاسباتی و 8 کیوبیت تصحیح) توسعه یافته است. اخیرا IBM با استفاده از 5 کیوبیت (1 کیوبیت محاسباتی و 4 کیوبیت تصحیح) در الگوریتم پیشرفت چشمگیری داشته است.
کنترل خروجی: این مشکل که نسبتاً به دو مورد بالا مربوط می شود، بیان می کند که به دست آوردن داده های خروجی پس از انجام این محاسبات کوانتومی خطر خراب شدن خروجی را دارد. در مثال یک کامپیوتر 500 کیوبیتی، اگر بخواهیم خروجی را کمی کنیم، احتمال اینکه خروجی صحیح را ببینیم 1 در 2500 است. بنابراین، باید مطمئن شویم که مقدار مشاهده شده پس از انجام محاسبات با پاسخ صحیح مطابقت دارد. تکمیل شده و مشاهده خروجی کامل شده است. چگونه می توان این کار را انجام داد؟ این کار توسط Grover با استفاده از الگوریتم جستجوی پایگاه داده خود انجام شد. این الگوریتم بر اساس شکل موج خاصی از منحنی احتمال است که به طور طبیعی در کامپیوترهای کوانتومی وجود دارد. این الگوریتم تضمین می‌کند که وقتی همه محاسبات تکمیل می‌شوند، فرآیند اندازه‌گیری باعث می‌شود حالت کوانتومی پاسخ صحیح را اتخاذ کند.
اگرچه هنوز مشکلات زیادی وجود دارد، اما پیشرفت های قابل توجه در 15 سال گذشته و به ویژه در 3 سال گذشته، ساخت نوعی کامپیوتر کوانتومی کاربردی را غیرممکن کرده است. اما هنوز بحث های زیادی در مورد اینکه آیا این اتفاق در کمتر از یک دهه آینده رخ می دهد یا اینکه این رایانه ها صد سال دیگر ساخته خواهند شد وجود دارد. با این حال، پتانسیل این فناوری توجه زیادی را از سوی دولت و بخش خصوصی به خود جلب کرده است. کاربردهای نظامی شامل توانایی شکستن کلیدهای رمزنگاری با روش‌های جستجوی جامع است، در حالی که کاربردهای غیرنظامی از مدل‌های DNA تا تحلیل‌های پیچیده علم مواد را شامل می‌شود. پتانسیل زیادی وجود دارد که دائماً از موانع این فناوری حذف می شود، اما اینکه آیا می توان بر همه موانع فائق آمد و چه زمانی اتفاق خواهد افتاد، سؤالاتی است که پاسخ روشنی برای آنها وجود دارد.