قبل ازهر چیز، بهتر است اول بدانیم کامپیوتر کوانتومی چیست؟ کامپیوتر کوانتومی، تکنولوژی جدیدی است که اخیراً بسیار موردتوجه قرار گرفته. این کامپیوترها از تئوری فیزیک کوانتوم برای پردازش اطلاعات استفاده می‌کنند که مبنای آن بر اساس ذراتی با مقیاس اتم و یا ذرات سازنده‌ی اتم است. در کامپیوترهای کلاسیک، از بیت (Bit) استفاده می‌شود. بیت‌ها می‌توانند در یک‌زمان، مقدار 0 یا 1 داشته باشند. اما درکامپیوترهای کوانتومی از کیوبیت (Qubit) یا کوانتوم-بیت استفاده می‌شود. کیوبیت‌ها قادر هستند تا درآن‌واحد دارای هر دو مقدار 0 و 1 باشند. به این اثر به‌اصطلاح برهم‌نهی یا Superposition می‌گویند؛ همچنین در فیزیک کوانتوم، ویژگی ای با نام درهم‌تنیدگی یا Entanglement وجود دارد که در آن کیوبیت‌ها تحت‌تأثیر تغییرات همدیگر قرار می‌گیرند به‌طوری‌که تغییر یک کیوبیت بر روی دیگری تأثیر می‌گذارد. تمامی این ویژگی‌ها باعث شده است تا کامپیوترهای کوانتومی از سرعت بسیار بالاتری نسبت به یک کامپیوتر کلاسیک برخوردار باشد.
برویم سر اصل مطلب؛ یعنی مبحث سیستم عامل‌ها و استفاده از سیستم عامل در کامپیوترهای کوانتومی.
علت استفاده از سیستم عامل چیست؟
اگر در حال مطالعه این مقاله هستید، به‌احتمال زیاد آن را درون یک نرم‌افزار مرورگر اینترنت در کامپیوتر و یا گوشی همراه مطالعه می‌کنید؛ بنابراین یا در حال استفاده از سیستم عامل های گوشی همراه مانند اندروید یا iOS هستید و یا از سیستم‌عامل‌های کامپیوتر مانند ویندوز، مک و یا لینوکس استفاده می‌کنید. سیستم عامل به‌طور خیلی خلاصه یک واسط بین کاربرها و سخت افزارهای کامپیوتری است. اموراتی از قبیل مدیریت حافظه، استفاده از پرینتر، نوشتن متون و... تماماً توسط سیستم عامل مدیریت می‌شود و ما به‌عنوان یک کاربر نیازی به دانستن کارهایی که در حال انجام‌شدن است نداریم. تنها نیازاست کار با سیستم عامل را یاد بگیریم تا از قدرت سخت‌افزار و کامپیوترمان به نحو احسنت استفاده کنیم.
سیستم عامل در کامپیوترهای کوانتومی
قضیه کامپیوترهای کوانتومی کمی متفاوت از کامپیوترهای کلاسیک است. کامپیوترهای کلاسیک از سخت‌افزارهایی تولید شده است که شامل میلیاردها ترانزیستور است و در دمای اتاق می‌توان با آن کارکرد. درحالی‌که کامپیوترهای کوانتومی از تعداد بسیار کمی کیوبیت تشکیل شده است و در دمای نزدیک دمای صفر مطلق نگهداری می‌شود؛ بنابراین به‌طوردقیق نمی‌توان از اصطلاحات سیستم عامل کنونی برای کامپیوترکوانتومی استفاده کرد. در حال حاضرهنوز بین محققین این بحث وجود دارد که آیا اصلاً نیازی به طراحی و توسعه یک سیستم عامل برای کامپیوترهای کوانتومی داریم یا خیر؟ بنابراین طراحی سیستم عامل برای کامپیوترهای کوانتومی یکی از مباحث جالب برای محققین است. باید گفت کامپیوترهای کوانتومی حتی به حدی نرسیده‌اند که به‌طور گسترده برای امورات برنامه نویسی مورداستفاده قرار گیرند، اما اخیراً سیستم عامل‌هایی توسط بعضی شرکت‌ها طراحی شده است که خبر خوبی برای پردازش‌های کوانتومی به‌حساب می‌آید.
سیستم عامل های فعلی برای کامپیوترهای کوانتومی
درحال حاضر دو سیستم عامل برای کامپیوترهای کوانتومی طراحی شده است که در ادامه به معرفی آنها می‌پردازیم.
سیستم عامل Deltaflow
سیستم عامل Deltaflow یک سیستم عامل برای کامپیوترهای کوانتومی است که یک شرکت تحقیقاتی مستقر در بریتانیا با نام River Lane Research Ltd طراحی شده است. به گفته خود شرکت، هدف از طراحی این سیستم عامل این است که بتوان یک نرم‌افزار کوانتومی مشخص را بر روی کامپیوترهای کوانتومی مختلف که دارای سخت‌افزارهای مختلف هستند اجرا کرد. این سیستم بر روی تکنولوژی‌های مختلف تولید کیوبیت مانند سیلیکون، فوتون، یون‌های در دام افتاده و یون‌های ابررسانا کار می‌کند؛ همچنین این سیستم عامل قرار است تا بر روی تمامی کامپیوترهای کوانتومی موجود در انگلستان نصب شود. شرکت River Lane ادعا می‌کند که برنامه‌نویسان می‌توانند از قدرت پردازش کوانتومی برای پیاده‌سازی عملیات های خود استفاده کنند.
سیستم عامل Origin Pilot
یک شرکت استارت‌آپ واقع در چین با نام Origin Quantum اولین سیستم عامل چینی را طراحی کرده است که Origin Pilot نام دارد. می‌توان گفت تولید این سیستم عامل، پیشرفت قابل‌ملاحظه‌ای در صنعت کامپیوترهای کوانتومی به‌حساب می‌آید. از مزایای کلیدی این سیستم عامل می‌توان به مدیریت منابع کوانتومی (Resource Management) ، کالیبره‌سازی خودکار چیپ‌ها و بهینه‌سازی اجرای موازی (Parallel Processing) اشاره کرد. تیم توسعه این سیستم عامل، یک برنامه تشخیص تصویر کوانتومی را با استفاده از یک مدل شبکه عصبی کانولوشن کوانتومی توسعه دادند که می‌تواند وظیفه تشخیص تصویر را به خطوط کوانتومی متعددی تبدیل کند که پس از کدگذاری با داده‌های حالت کوانتومی، در یک ردیف قرار می‌گیرد.
جمع‌بندی
تولید یک سیستم عامل برای کامپیوترهای کوانتومی، قطعاً یک راه بسیار خوب برای آزمایش محدودیت‌های محاسبات کوانتومی است اما هنوز ما به‌طور دقیق اطلاعاتی در مورد اینکه معماری کامپیوترهای کوانتومی در یکی دو دهه آینده چگونه خواهد بود نداریم؛ بنابراین اکثر تحقیق‌هایی که در حال حاضر صورت می‌پذیرد تفاوت‌های بسیاری با یکدیگر دارند و اغلب به‌صورت حدس و گمان هستند. در این مقاله به‌طور خلاصه در مورد سیستم عامل های کوانتومی بحث کردیم و نمونه‌هایی از سیستم عامل های تولید شده توسط شرکت‌ها را معرفی کردیم.
آیا کامپیوترهای کوانتومی برای اجرا به سیستم عامل نیاز دارند؟
خیر، در حاصل حاضر کامپیوترهای کوانتومی ایجاد شده تنها برای وظایف و اجراکردن الگوریتم‌های بخصوصی طراحی شده‌اند و نیازی به سیستم عامل به‌ویژه آنچه به‌عنوان سیستم عامل در ذهنمان داریم ندارند.
آیا تابه‌حال سیستم عاملی برای کامپیوترهای کوانتومی ساخته شده است؟
بله. از سیستم عامل های ساخته شده برای کامپیوترهای کوانتومی می‌توان به سیستم عامل Deltaflow ساخت شرکت River Lane و سیستم عامل Origin Pilot ساخته شرکت Origin Quantum اشاره کرد.
مطالب مرتبط
همه مقالات
