اطلاعات کوانتومی/سیر تحول تاریخی کامپیوترهای کوانتومی

ساختن کامپیوتر

سیر تحول تاریخی کامپیوترهای کوانتومی

نقطه‌های کوانتومی

۱۹۷۳: لکساندر هولیو در مقاله خود نشان داد که کیوبیت‌ها نمی‌توانند بیش از n حالت بیت‌های کلاسیک اطالاعات را داشته باشند.

۱۹۷۶: دانشمند و ریاضیدان لهستانی رومن اینگاردن در یکی از اولین تلاش‌ها برای ساخت تئوری اطلاعات کوانتمی، نشان می‌دهد که که تئوری اطلاعات شنون را مستقیماً نمی‌توان به موارد کوانتمی عمومیت داد اما امکان ساخت تئوری اطلاعات کوانتمی که حالت عمومی تری از تئوری شنون است وجود دارد.

۱۹۸۱: ریچارد فینمن اولین مقله برای استفاده از پدیده‌های کوانتمی در محاسبات را ارائه داد. عنوان مقاله " شبیه سازی فیزیم با کامپیوترها " بود که در سخنرانی او در اولین کنفرانس محاسبات فیزیکی در دانشگاه MIT بود. او اظهار داشت که شبیه‌سازی یک آزمایش ساده فیزیک کوانتمی توسط یک کامپیوتر کلاسیک بسیار طولانی خواهد بود؛ لذا سیستم‌های ساده کوانتمی لزوماً محاسبات زیادی را در هر زمان انجام می‌دهند که استفاده از این ویژگی در آینده می‌تواند مفید واقع شود.

۱۹۸۵: دیوید داسج (David Deutch) به شرح اولین کامپیوتر کوانتمی فراگیر پرداخت. همانطوری که یک ماشین تورینگ فراگیر (Universal Turing Machine) می‌تواند ماشین‌های تورینگ دیگر را شبیه‌سازی کندکامپیوتر کوانتمی نیز قادر خواهد بود هر کامپیوتر کوانتمی دیگری را شبیه‌سازی کند. این بیان امید آن را که یک دستگاه ساده بتواند الگوریتم‌های کوانتمی مختلفی را اجرا کند افزایش داد.

۱۹۹۳: دن سیمون (Dan Simon) مسئله اوراکل (Oracle problem) را بیان کرد که در آن عنوان شد که کامپیوترهای کوانتمی می‌توانند به طور فزاینده‌ای سیع تر از کامپیوترهای معمولی کار کنند. این الگوریتم ایده‌های اصلی را که که بعدها در الگوریتم شر(Shore Algorithm) عنوان شد معرفی کرد.

۱۹۹۴: پیتر شر(Peter Shore) در آزمایشگاه‌های AT&T در نیوجرسی موفق به کشف الگوریتمی ارزشمند شد که در آن کامپیوتر کوانتمی می‌توانست اعداد صحیح بسیار بزرگ را با سرعت به عوامل اول تجزیه کند. این تئوری هر دو مسئله تجزیه به عوامل اول و لگاریتم گسسته را حل کرد. الگوریتم شور توانست به طور نظری بسیاری از سیستم‌های رمزگذاری امروزی را بشکند. این اختراع بزرگ جرقه‌ای عظیم در افزایش توجه‌ها به کامپیوترهای کوانتمی حتی در خارج از محافل فیزیکی بود.

۱۹۹۵: شر اولین طرح برای تصحیح خطای کوانتمی را ارائه دادمه رهیافتی برای ساختن کامپیوترهای کوانتمی بود تا بتوانند با تعداد زیادی از کیوبیت‌ها برای مدت طولانی محاسبات انجام دهند. خطاها همیشه توسط محیط اطراف ایجاد می‌شوند، اما تصحیح خطای کوانتمی می‌توانست بر این خطاها فائق آید. این طرح در عمل می‌توانست یک فناوری کلیدی در ساخت کامپیوترهای کوانتمی بسیار بزرگ باشد. این پیشنهاد اولیه محدودیت‌هایی نیز داشت. این مدل برخی خطاها را اصلاح می‌کرد اما نه آن خطاهایی را که خود در حین اصلاح خطا ایجاد می‌کرد. روش‌های مکمل بسیاری پیشنهاد شد و تحقیقات بسیری در این زمینه هنوز هم در دست انجام است. سر انجام یک جایگزین برای برای تصحیح خطای کوانتمی پیدا شد، به جای تصحیح فعالانه خطاهای ناشی از تعامل با محیط، از حالات خاصی که نسبت به خطاها محفوظ می‌باشند می‌توان استفاده کرد. در این رهیافت که به ناهمدوسی آزاد زیر فضاها مشهور می‌باشد، یک نوع تقارن بین تعامل محیط و کامپیوتر فرض می‌شود.

۱۹۹۶: لوی گراور (Loy Graver) الگوریتم جستجو در پایگاه‌های داده کوانتمی را ابداع کرد. افزایش سرعت این جستجو به اندازه افزایش سرعت در تجزیه به عوامل اول، لگاریتم‌های گسسته و شبیه‌سازی‌های فیزیکی نیست. با این وجود، این الگوریتم را می‌توان در مسائل متعدد زیادی استفاده کرد.

۱۹۹۷: دیوید کری (David Cory)، فاهمی (Fahmy) و تیموثی هاول (Timothy havel)، نیل گرشنفلد (Neil Gershenfeld) و ایزاک چانگ (Isaac Chuang) به طور همزمان اولین مقالاتی را که درباره کامپیوترهای کوانتمی که بر مبنای تشدید اسپین‌های عمده بود منتشر کردند.کامپیوتر در واقع یک تک مولکول کوچک است که بیت‌های کوانتمی اطلاعات را در اسپین پروتن‌ها و نوترون‌هایش ذخیره می‌کند. میلیون‌ها میلیون از این بیت‌های کوانتمی می‌توانند در یک لیوان آب قرار گیرند. این لیوان در یک ماشین تشدید مغناطیسی هسته(nuclear magnetic resonance) قرار می‌گیرد (مشابه ماشین‌های عکسبرداری بیمارستان‌ها). این مجموعه از مولکول‌ها مقادیر زیادی از افزونگی (redundancy) دارند که به آن هجازه می‌دهد تا همدوسی را هزاران ثانیه بهتر از هر سیستم پیشنهادی دیگر حفظ کند.

۱۹۹۸: اولین NMR شامل هشت کیوبیت در دانشگاه برکلی کالیفرنیا ساخته شد.

۱۹۹۹: اولین NMR سه کیوبیتی در مرکز تحقیقات آلمیدن IMB ساخته شد که اجرا کننده الگوریتم گراور بود.

۲۰۰۰: اولین NMR پنج کیوبیتی در مرکز تحقیقات آلمیدن IMB ساخته شد که بر اساس ترتیب یابی (بخشی از الگوریتم شر) کار می‌کرد.

۲۰۰۱: اولین NMR هفت کیوبیتی در مرکز تحقیقات آلمیدن IMB ساخته شد که بر اساس الگوریتم شرکار می‌کرد. عدد ۱۵ به کمک ۱۰۱۸ که هر کدام حاوی هفت اتم بود تجزیه شد.