ضمن عرض سلام خدمت شما دوست داران وبسایت موستانگ ، در این مقاله قصد داریم که به معرفی کامپیوتر و کامپیوتر کوانتومی بپردازیم: نسل جدیدی از کامپیوتر که از مکانیک کوانتومی استفاده می‌کند.
کامپیوتر (رایانه) دستگاهی است معمولاً الکترونیکی، که قابلیت برنامه‌ریزی برای پردازش، ذخیره و بازیابی را دارد. دستورات به صورت یک کد در کامپیوتر‌های امروزی شناخته می‌شوند. ایده ساخت کامپیوتر به خیلی سال پیش باز می‌گردد. اما به نوعی، مهم‌ترین موسس کامپیوتر دانشمند انگلیسی آلن تورینگ است. در جنگ جهانی دوم کشور آلمان برای ارسال اطلاعات خود از ماشین رمز گذاری شده انیگما استفاده می‌کرد که شکست کد‌های آن برای انسان به طریقی غیر ممکن به نظر می‌رسید. اما آلن تورینگ با ایده ساخت یک رایانه (ماشین تورینگ)، فرمولاسیون بسیار موثری را در زمینه الگوریتم و محاسبه بوجود آورد. البته اولین کامپیوتر قابل برنامه ریزی، چند سال قبل از شروع جنگ جهانی دوم توسط کنراد زوس مهندس آلمانی ساخته شده بود.
کامپیوتر چگونه کار می‌کند؟
طبق تعریف‌هایی که در بالا گفته شد، هر دستگاهی که قابلیت برنامه ریزی برای پردازش، ذخیره و بازیابی را داشته باشد یک کامپیوتر است که از ساده‌ترین آن می‌توان به ماشین حساب و پیچیده‌ترین آن کامپیوتر‌های امروزی و ربات‌ها اشاره کرد. تقریباً همه می‌دانند که کامپیوتر با دو کد باینری صفر و یک در حال انجام عملیات است و شاید این ساده‌ترین توصیفی باشد که درباره نحوه عملکرد آن بتوان داشت. در ادامه، شیرجه‌ای عمیق خواهیم زد در نحوه کار کرد این مهم‌ترین اختراع بشر در حوزه تکنولوژی!
یک رایانه به چند بخش اصلی تقسیم می‌شود:
- واحد محاسبه و منطق (Arithmetic and Logic Unit)
- واحد کنترل
- ابزارهای ورودی و خروجی (I/O)
- پردازنده
حال همراه با موستانگ ، نگاهی دقیق تر به این اجزای تشکیل دهنده می‌اندازیم.
اجزای اصلی کامیپوتر
Cpu
پردازنده کامپیوتر، یک مدار الکترونیکی است که وظیفه اصلی آن، اجرای دستور العمل‌های متوالی است. یک پردازنده، چهار عملکرد مختلف دارد که عبارتند از: فراخوانی، رمزگشایی، اجرا و ذخیره یا بازنویسی دستورات در حافظه.
در مرحله اجرا، دستورات مطابق با برنامه اجرا می شوند. در مرحله فراخوانی، دستور از حافظه خوانده می‌شود و در مرحله رمزگشایی، نوع دستور تعیین و به قسمت‌های مختلف تقسیم می‌شود. سپس در مرحله بازنویسی، نتایج حاصل از اجرای دستورات در حافظه کامپیوتر ذخیره می‌شود.
یک پردازنده به دو دسته RISC و CISC تقسیم می‌شود که پردازنده دسته RISC پردازشگر اعمال ساده و دسته دیگر پردازشگر اعمال پیچیده است.
مادربورد
برد اصلی یک کامپیوتر است که تقریبا تمامی اجزای کامپیوتر بر روی آن سوار می‌شوند. همچنین قطعه‌های مهم دیجیتالی مانند بایوس (BIOS) بر روی آن قرار دارند. کار اصلی مادربرد، کنترل پردازشگر مرکزی و ارتباط برقرار کردن میان آن و اجزای دیگر کامپیوتر است. این طور فرض کنید که: بایوس به عنوان پلی برای برقراری ارتباط میان پردازشگر و بخش ورودی و خروجی (I/O) است. ورودی و خروجی یک کامپیوتر به دستگاه‌هایی مانند کیبورد (صفحه کلید)، مانیتور (نمایشگر) و غیره تقسیم می‌شود.
هارد دیسک
یکی از اصلی‌ترین قطعات کامپیوتر هارد دیسک است که از چند صفحه شبیه سی‌دی تشکیل شده که سطح آن پوشیده با مواد مغناطیسی است که به این مواد پلاتر می‌گویند. طرز کار هارد دیسک بسیار شبیه گرامافون است با این تفاوت که هارد دیسک از یک بخش به نام هد تشکیل شده که این بخش هد می تواند با معماری پیچیده و جالب خود، اطلاعات را ذخیره و حذف کند. هارد دیسک، تمامی اطلاعاتی که در کامپیوتر وجود دارد، مانند سیستم عامل، نرم افزار، بازی و غیره را درون خود ذخیره می‌کند و تمامی این اطلاعات نیز از طریق آن خوانده می‌شود.
امروزه، حافظه SSD (درایو جامد) محبوبیت بسیار زیادی در دنیا پیدا کرده است. این حافظه دقیقاً برعکس یک هارد دیسک (HDD) عمل می‌کند و از هیچ دیسک و هدی تشکیل نشده است. یک SSD حافظه‌ای مبتنی بر حافظه فلش است که نسبت به هارد دیسک‌ها برق کمتری مصرف می‌کند و سرعت بسیار بالا‌یی دارد. در واقع این نوع از حافظه‌ها به دلیل سرعت بسیار بالای خود مشهور شده‌اند و همین موضوع هم باعث شده که شرکت‌های بزرگی مانند سامسونگ دست به تولید این نوع حافظه‌ها بزنند.
RAM
یکی از مهم‌ترین اجزای یک کامپیوتر است. حافظه کامپیوتر (RAM) را حافظه کوتاه مدت کامپیوتر می نامند. ساده‌ترین توضیح درمورد حافظه کامپیوتر این است که: اطلاعاتی که کامپیوتر برای اجرای دستورات به آن احتیاج دارد از هارد دیسک به این حافظه واگذار شده و سپس برای اجرا به پردازنده می‌رود.
GPU
کارت گرافیک یکی دیگر از بخش‌های مهم کامپیوتر است که به پردازنده گرافیکی کامپیوتر معروف است. کارت گرافیک، وظیفه نمایش یا رندرینگ تصاویر بر روی صفحه نمایش را دارد. در واقع، یکی از مهم‌ترین عضو‌ها برای اجرا یک بازی بر روی کامپیوتر، همین کارت گرافیک است. زیرا وظیفه پردازش تکسچر‌ها و نمایش آن‌ها را برعهده دارد.
کوانتوم ، عصر جدید کامپیوتر
تمامی توضیحاتی که در بخش‌های قبل داده شده، معرفی کامپیوتری بود که با فیزیک مکانیک ساخته شده است. اما اکنون موستانگ می‌خواهد به توصیف یک نوع جدید از کامپیوتر بپردازد! نوعی از کامپیوتر که بجای مکانیک ساده از مکانیک کوانتوم در موجودیت خود استفاده می‌کند و کامپیوتر کوانتومی نام دارد.
در فیزیک کلاسیک و مکانیک (نیوتونی) داریم که اگر فردی جسمی را به دیوار پرتاب کند با برگشت آن مواجه می‌شود. مثلاً اگر شما یک توپ را به سمت دیوار پرتاب کنید، این توپ همیشه به سمت شما باز می‌گردد. حال با استفاده از فیزیک کوانتومی بحثی به نام تابع موج بوجود می‌آید که می گوید:
اگر شما و توپ درون دستتان، به اندازه یک الکترون کوچک شوید، همچنین دیوار روبروی شما هم کوچک شود و مانند یک سدی شود که الکترون توان نفوذ به آن را نداشته باشد، پدیده عجیبی رخ می‌دهد: بعد از هر پرتاب توپ، در برخی اوقات نه تنها توپ به سمت شما بر نمی‌گردد بلکه یا از دیوار عبور می‌کند و یا در آن گیر می‌افتد.
کامپیوتر کوانتومی و کیوبیت
حال با استفاده از توضیحات بالا، به سراغ معرفی کیوبیت می‌رویم. یک کامپیوتر ساده از یک بیت تشکیل شده است که یا موجودیت 0 دارد یا 1 (هر هشت عدد از این بیت‌ها را یک بایت می‌گویند). اما در کامپیوتر کوانتومی، به آن کیوبیت (واحد اطلاعات کوانتومی) می‌گویند و در لحظه، هم می‌تواند صفر باشد هم یک و هم هر مقداری بین این دو.
به بیان ساده‌تر، تصور کنید که شما در یک ساختمان دو طبقه حضور دارید. حضور شما در حال حاضر یا در طبقه اول است یا در طبقه دوم و شما در یکی از این دو طبقه هستید. این مثال مانند بیت در کامپیوتر است.
حال تصور کنید که شما همزمان با اینکه در طبقه اول حضور دارید، در طبقه دوم هم حضور داشته باشید. این مورد نحوه عملکرد کیوبیت است که بسیار عجیب و جالب است. و همین توصیف نشان می‌دهد که کامپیوتر‌های کوانتومی عملکرد بسیار بسیار سریع‌تری نسبت به کامپیوتر‌های معمولی خواهند داشت. اما مشکلاتی نیز بر سر راه تولید کامپیوتر‌های کوانتومی وجود دارد که رویای ساخت آن ها را کمی دشوار می‌کند.
سرعت، ویژگی اصلی کامپیوتر کوانتومی
قرار دادن کیوبیت ها در حالت شکننده کوانتومی، کار بسیار مشکلی است و نمی‌توان به راحتی آن ها را در این وضعیت نگه داشت. زیرا برای انجام این کار، احتیاج به هوای بسیار سردی است: دمایی تقریبا نزدیک به صفر مطلق! حال به سراغ این می‌رویم که چقدر کامپیوتر کوانتومی پر سرعت است؟ این کامپیوتر‌ها به قدری قوی و سریع هستند که در شکل سازی اتم‌ها و مولکول‌ها نیز به انسان‌ها کمک کرده‌اند. اما یک مشکل بزرگ در جواب‌هایی که یک کامپیوتر کوانتومی به ما می‌دهد وجود دارد و آن هم این است که:
آیا انسان می‌تواند به پاسخ‌های این نوع کامپیوتر اطمینان کند؟
در حال حاضر پاسخ این سوال منفی است!
در کامپیوتر‌های معمولی برای فهمیدن درست یا غلط بودن بیت‌ها، با بیت هایی دیگر این موضوع را می سنجند. اما در کامپیوتر‌های کوانتومی، قضیه کمی پیچیده‌تر است. زیرا انسان با قدرت کنونی خود توانایی ساخت کامپیوتر‌های کوانتومی با صد کیوبیت را دارد و برای فهمیدن درست یا غلط بودن یک پاسخ، به دو هزار کیوبیت احتیاج است!
امید به فردای بهتر
با توجه به توضیحات بالا، کامپیوتر‌های کوانتومی فعلاً برای رسیدن به حد مطلوب خود فاصله دارند و با گذشت زمان و پیشرفت انسان در تکنولوژی، شاید به مرور شاهد رونمایی از این نوع کامپیوتر‌ها باشیم. کامپیوتر‌هایی که بخاطر سرعت بسیار بالای خود شرکت‌های بزرگی، مانند گوگل و مایکروسافت، در حال کار برروی پردازش‌های کوانتومی هستند.
با زیاد شدن شایعات در مورد دستاورد اخیر گوگل، چنین به نظر می‌رسد که برای نخستین‌بار یک دستگاه رایانه‌ی کوانتومی توانسته است محاسبه‌ای را یک‌میلیارد بار سریع‌تر از قوی‌ترین ابررایانه‌ی کنونی جهان انجام دهد.
[*] دیدگاه های خود را می توانید در پایین همین نوشته و در قسمت ثبت دیدگاه ها با ما درمیان بگذارید. موستانگ از نظرات شما استقبال خواهد کرد.
[*] لازم به یادآوری نیست که برای مطالب جذاب بیشتر از تکنولوژی های جدید، می توانید قسمت پادوک تازه ها از وبسایت موستانگ را دنبال کنید.
