با زبان برنامه‌نویسی کامپیوترهای کوانتومی آشنا شوید

به رغم این که کامپیوترهای کوانتومی تازه در آغاز راه خود قرار دارند و تا استفاده از آنها سال‌ها فاصله داریم، اما از هم اینک یک زبان سطح بالا برای کار با آنها نوشته شده است.

مجید جویا: سرانجام با تولید اولین زبان برنامه نویسی عملی, سطح بالا برای کامپیوترهای کوانتومی، دوران رنسانس نرم‌افزارهای کوانتومی آغاز شد. به رغم اینکه ابزارهای امروزی برای بیشتر کاربردهای عملی آمادگی ندارند، این زبان که کویپر نام گرفته است، می‌تواند ما را در طراحی این ماشین‌های اینده نگرانه کمک کند، و همچنین هنگامی که بالاخره این ماشین‌ها ساخته شوند، برنامه نویسی آنها را ساده‌تر سازد.

باب کویکه از دانشگاه آکسفورد که در این پژوهش شرکت داشت، می‌گوید: «این زبان همه ویژگی‌های خوب یک زبان کلاسیک برنامه نویسی را دارد و با محاسبات کوانتومی هم سازگار شده است. این یک دستاورد عظیم است».

ویژگی مهم کامپیوترهای کوانتومی مربوط به بیت‌هایش است که به عنوان کیوبیت شناخته می‌شوند، و می‌توانند علاوه بر وضعیت 0 یا 1، هر دو مقدار 0 و 1 را به طور همزمان داشته باشد. به این ترتیب یک کامپیوتر کوانتومی این امکان را خواهد داشت که دو و یا تعداد بیشتری از محاسبات را به طور همزمان اجرا کند. اما طراحی الگوریتم‌های کامپیوتری که منجر به استفاده از تطابق کوانتومی می‌شود، کار ساده‌ای نیست.

از همین رو برنامه نویسی کوانتومی تا کنون عمدتا سطح پایین بوده، یعنی در حد تعریف گیت‌های منطقی کوانتومی که کیوبیت‌ها را کنترل می‌کنند.

جاوای کوانتومی

هم اکنون پیتر سلینگر از دانشگاه دالهوزی در هلیفکس کانادا و همکارانش با تولید کوئیپر، که اولین زبان برنامه نویسی کوانتومی سطح بالای نوشته شده تاکنون است، پیشرفت در این حوزه را به افق تازه‌ای رسانده‌اند. این زبان طراحی شده تا دستورات را به صورت مفاهیم بزرگ‌تر توصیف کند، و کنار هم قرار دادن الگوریتم‌های چندگانه به صورت ماژولار را ساده‌تر کند. برای کامپیوترهای کلاسیک، زبان‌های سطح بالا همچون جاوا اغلب عملیات سنگین را در محاسبات نوین انجام می‌دهند.

کوئیپر مبتنی بر یک زبان برنامه نویسی کلاسیک به نام هاسکل است که که به خصوص برای برنامه‌نویسی در کاربردهای فیزیک ساخته شده است. کاری که تیم سلینگر انجام داده، اصلاح و بهینه سازی این زبان برای کار با کیوبیت‌ها است.

آنها همچنین یک کتابخانه از کدهای کوئیپر را برای انجام هفت الگوی کوانتومی موجود تولید کرده‌اند که یک الگوریتم برای براورد انرژی حالت پایه مولکول‌ها از جمله آنهاست. آنها امید دارند که دیگران با نوشتن الگوریتم‌های بیشتر، کدهای بیشتری را به این کتابخانه اضافه کرده و منبعی را خلق کنند که به برنامه نویس‌های کوانتومی اجازه خواهد داد تا با چسباندن ماژول‌ها به یکدیگر، نرم‌افزار بسازند، یعنی همان کاری که یرنامه نویس‌های کامپیوترهای کلاسیک با استفاده از جاوا انجام می‌دهند.

سلینگر می‌گوید: «داشتن یک زبان برنامه نویسی کوانتومی به ساختارمند کردن نحوه تفکر شما کمک می‌کند و شیوه فکر کردن شما را در مورد یک مسئله نشان می‌دهد. این امر می‌تواند به یک ابزار توانمند در طراحی الگوریتم‌های کوانتومی جدید تبدیل شود».

تورستن آلتنکرچ از دانشگاه ناتینگهام در انگلستان که در این پژوهش دخالت نداشت، این نظر را قبول دارد. او می گوید: «مردم می‌توانند از زبان‌هایی همانند کوئیپر، به عنوان یک بستر آزمایشی برای ایده‌ها و برای فهمیدن اینکه چطور یک نرم افزار کوانتومی نوشته می شود، استفاده کنند».

گروه سلینگر طرح اولیه این زبان را، به همراه کتابخانه اولیه‌شان، در ماه گذشته در کنفرانس طراحی و اجرای زبان‌های برنامه نویسی در سیاتل واشنگتن، عرضه کردند.

تاثیر بر آینده
با توجه به اینکه کامپیوتر کوانتومی که به عنوان یک سخت‌افزار، هنوز در مراحل نوزادی خود به سر می‌برد، شاید ساخت یک زبان برای این نوع کامپیوترها ، عجیب به نظر برسد. اما توسعه نرم افزار (که با شبیه سازی یک کامپیوتر کوانتومی بر روی نوع کلاسیکش آزمایش شده است)، می‌تواند بر طراحی کامپیوترهای کوانتومی آینده تاثیر بگذارد.

آژانس پروژه‌های تحقیقاتی پیشرفته هوش ایالات متحده یا IARPA در ساخت کوئیپر سرمایه گذاری کرده بود، تا مشخص شود که یک کامپیوتر کوانتومی برای این که یک عملیات خاص را بهتر از یک کامپیوتر کلاسیک انجام دهد، به چه تعداد بیت نیاز دارد. نوشتن برنامه‌ها در کوئیپر باعث روشن‌تر شدن نیازمندی‌های سخت افزاری یک الگوریتم می‌شود و تا همین جا منجر به برخی نتایج شگفت انگیز شده است. سلینگر که اجازه ندارد در مورد نتایج خاص آن سخنی بگوید، می‌گوید: «به نسبت آنچه مردم فکر می‌کردند، این به منابع بسیار بیشتری نیاز خواهد داشت».

او انتظار دارد که با پیشرفت‌های مهندسی، همچون کاهش نویزها، در طول زمان تعداد کیوبیت‌‌های لازم برای یک کامپیوتر کوانتومی عملی کاهش بسیار زیادی پیدا کند.

این گروه براوردهای خویش را بر مبنای فرم‌های متنوع موجود سخت افزار کامپیوترهای کوانتومی ارائه کردند، از این سخت افزارها می توان به وسایلی که از دام‌های یونی و فوتون‌ها استفاه می‌کنند، اشاره کرد. هرچند که تنها کامپیوتر کوانتومی موجود در بازار را که کامپیوتر دی‌ویو نام دارد، در شمار آنها نیست. این کامپیوتر از یک رویکرد عجیب به نام شمارش کوانتومی ادیاباتیک (بی‌دررو) استفاده می کند، در نتیجه در حال حاضر با کوئیپر سازگاری ندارد.

53271

کد خبر 302456

برچسب‌ها

نظر شما

شما در حال پاسخ به نظر «» هستید.
2 + 8 =

نظرات

  • نظرات منتشر شده: 2
  • نظرات در صف انتشار: 0
  • نظرات غیرقابل انتشار: 0
  • بی نام IR ۲۲:۴۳ - ۱۳۹۲/۰۴/۲۲
    14 1
    مطلب خوبی بود ما در دوران یک انقلاب کامپیوتری قرار داریم
  • بی نام IR ۲۰:۴۵ - ۱۳۹۲/۰۵/۲۳
    2 1
    خيلي عليه