مقاله کامپیوتر های کوانتمی

توجه : به همراه فایل word این محصول فایل پاورپوینت (PowerPoint) و اسلاید های آن به صورت هدیه ارائه خواهد شد

 مقاله کامپیوتر های کوانتمی دارای ۷۷ صفحه می باشد و دارای تنظیمات و فهرست کامل در microsoft word می باشد و آماده پرینت یا چاپ است

فایل ورد مقاله کامپیوتر های کوانتمی  کاملا فرمت بندی و تنظیم شده در استاندارد دانشگاه  و مراکز دولتی می باشد.

توجه : توضیحات زیر بخشی از متن اصلی می باشد که بدون قالب و فرمت بندی کپی شده است

بخشی از فهرست مطالب پروژه مقاله کامپیوتر های کوانتمی

چکیده
مقدمه
مکانیک کوانتومی
اصول کامپیوتر های کوانتمی
اطلاعات کوانتومی ۲۱ الگوریتم ها و تصحیح خطا
تشدید مغناطیسی هسته
یون های منجمد شده
روش های دیگر
نانو ترانزیستورهای کوانتومی
کامپیوتر کوانتمی اسپین هسته با پایه سیلیسیم
محاسبه کوانتمی با آرایه‌ای از P31 در سیلیسیم
سنجش اسپین
آماده کردن کامپیوتر
ناهمدوسی اسپینی حاصل از دریچه‌ها
ساختن کامپیوتر
سیر تحول تاریخی کامپیوترهای کوانتمی
نقطه‌های کوانتومی: دستیابی به نسل جدیدی از کامپیوترهای کوانتومی

نتیجه گیری
منابع و ماخذ

بخشی از منابع و مراجع پروژه مقاله کامپیوتر های کوانتمی

[۱] : “ A silicon based nuclear spin quantum computer “ , By B E Kane , Nature 393 , May 1998 , Pages 133-

[۲] : “Quantum Computing “ , By K V Klitzing  , Rep Prog Phys , March 1998 , Pages 117 –

[۳]: “ The Topsy turvy world of quantum computing “ , By Justin Mullins , IEEE Spectrum , February 2001 , Pages 42 –

[۴] : “کامپیوتر های کوانتمی  “ , محمد رضا کلاهچی ,    مجله فیزیک, سال ۱۶ شماره ۳ , صفحات ۱۲۹ –

چکیده

      طی پنجاه سال گذشته اجزای داخلی کامپیوترها به طور متوسط هر دو سال یکبار دو برابر کوچکتر شده‌اند و این در حالی است که به موازات کوچکی اندازه ، از نظر سرعت ، دو برابر شده‌اند . مدارهای امروزی از ترانزیستورها و سیمهایی درست شده‌اند که قطر آنها به یک صدم قطر موی انسان می‌رسد و به علت همین پیشرفت‌های اعجاب آور است که ماشینهای امروزی میلیونها برابر قویتر از پیشینیان خود هستند. اما این پیشرفت‌ها سرانجام روزی متوقف می‌شوند و تکنولوژی مدارهای مجتمع (IC) به حد نهایی خود می‌رسند

       فنون پیشرفته لیتوگرافی قادر است اجزای صد برابر کوچکتر از اجزای فعلی ، ایجاد کند. اما در این مقیاس (جایی که در آن حجم ماده بصورت مجموعه‌ای از اتم‌های منفرد می‌باشد) کارایی مدارهای مجتمع با اشکال مواجه می‌شود. با ده مرتبه کاهش دیگر در ابعاد ذرات خواص اصلی خود را ظاهر می‌کنند و یک اشتباه بسیار کوچک باعث خراب شدن IC می‌شود. بنابراین در آینده اگر کامپیوترها باز هم کوچکتر از این شوند. در آن صورت باید تکنولوژی جدیدی را جایگزین فن آوری فعلی کرد و تغییرات اساسی در ساخت و طراحی کامپیوترها داد

       چند دهه قبل ، پیشروانی نظیر لندر و چارلز از مرکز پژوهش توماس ج. واتسون پژوهش درباره فیزیک مدارهای پردازشگر اطلاعات را آغاز کرده و پرسشهایی از این قبیل را در مورد کوچکتر شدن آنها مطرح کردند : اجزای مدارها تا چه اندازه می‌توانند کوچک شوند ؟، جه مقدار انرژی باید مصرف این کار شود. از آنجا که کامپیوترها ابزاری فیزیکی هستند ، لذا عملکردهای اصلی آنها نیز بوسیله قوانین فیزیک توضیح داده می‌شود. مطابق با اصول فیزیکی ، اگر اجزای مدارهای کامپیوتر خیلی کوچک شوند ، باید عملکرد آنها را با مکانیک کوانتوم تشریح کرد. در اوایل دهه ۱۹۸۰ پاول بنی اف نشان داد که کامپیوتر از نظر اصولی می‌تواند براساس مکانیک کوانتومی کار کند. اندکی بعد دیوید دویچ از دانشگاه آکسفورد و دیگر دانشمندان نمونه سازی از کامپیوترهای کوانتومی شروع کردند و نشان دادند چگونه ممکن است این کامپیوترها متفاوت از کامپیوترهای کلاسیک عمل کنند. آنها بویژه از این مساله شگفت زده شده بودند که آیا ممکن است پدیده‌های مکانیک کوانتوم محاسبات را به صورت اعجاب آوری سریعتر کند ؟

این یک آغاز وشروع تحقیقات راجع به کامپیوتر های کوانتمی بود.دانشمندان بسیاری تحقیقات خود را درباره ساختار های کوانتمی مواد، احتمالات کوانتمی ، بیت های کوانتمی و الگوریتم های  کوانتمی برای حل مسائلی که توسط کامپیوتر های کلاسیک بسیار مششکل می نمود آغاز کردند. شایان ذکر است که این مبحث بسیار جوان است و چندین دهه بیشتر از عمر آن نمی گذرد. بسیاری از تحقیقات در رابطه با کامپیوتر های کوانتمی بسیار جوان و بیشتر به صورت نظری می باشند و نظریه کامپیوتر های کوانتمی همچنان راهی طولانی در پیش دارد. در این مقاله ابتدا به بررسی برخی مفاهیم تئوری درباره کامپیوتر های کوانتمی می پردازیم و سپس در رابطه با ساخت عملی آن بحث خواهیم کرد

مقدمه

فیزیک کوانتومی مهم ترین دستاورد علم بشری در توصیف طبیعت است. این نظریه که در سالهای ۲۷-۱۹۲۵ توسط «ورنر هایزنبرگ»، «اروین شرودینگر»، «پل دیراک»، «ماکس پلانک» و چند تن دیگر پایه گذاری شد، اساس تمام ادراک امروزی ما از عالم است. به بیان دقیق تر، مکانیک کوانتومی مجموعه ای از قوانین، روابط ریاضی و مفاهیم فلسفی است که توصیف کننده رفتار ذرات بنیادین تشکیل دهنده عالم است. البته با تعمیم همین قوانین و روابط، می توان رفتار تمام سیستم های فیزیکی ای که پیش از آن بررسی شده بودند را نیز بررسی و تعیین کرد

اصول گزیده ای از کامپیوترهای کوانتومی

         رویای محاسبات ماشینی یا ماشینی که بتواند مسائل را در اشکال گوناگون حل کند کمتر از دو قرن است که زندگی بشر را به طور جدی در بر گرفته است. اگر از ابزارهایی نظیر چرتکه و برخی تلاشهای پراکنده دیگر در این زمینه بگذریم، شاید بهترین شروع را بتوان به تلاشهای «چارلز بابیج» و « بلز پاسکال» با ماشین محاسبه مکانیکی شان نسبت داد. با گذشت زمان و تا ابتدای قرن بیستم تلاشهای زیادی جهت بهبود ماشین محاسب مکانیکی صورت گرفت که همه آنها بر پایه ریاضیات دهدهی (decimal) بود، یعنی این ماشین ها محاسبات را همان طور که ما روی کاغذ انجام می دهیم انجام می دادند. اما تحول بزرگ در محاسبات ماشینی در ابتدای قرن بیستم شروع شد. این زمانی است که الگوریتم و مفهوم فرایندهای الگوریتمی (algorithmic processes) به سرعت در ریاضیات و بتدریج سایر علوم رشد کرد. ریاضیدانان شروع به معرفی سیستم های جدیدی برای پیاده سازی الگوریتمی کلی کردند که در نتیجه آن، سیستم های انتزاعی محاسباتی بوجود آمدند. در این میان سهم برخی بیشتر از سایرین بود

         آنچه امروزه آنرا دانش کامپیوتر و یا الکترونیک دیجیتال می نامیم مرهون و مدیون کار ریاضیدان برجسته انگلیسی و یکی از غولهای اندیشه قرن بیستم به نام «آلن تورینگ» (Alan Turing) است. وی مدلی ریاضی را ابداع کرد که آنرا ماشین تورینگ می نامیم و اساس تکنولوژی دیجیتال در تمام سطوح آن است. وی با پیشنهاد استفاده از سیستم دودویی برای محاسبات به جای سیستم عدد نویسی دهدهی که تا آن زمان در ماشین های مکانیکی مرسوم بود، انقلابی عظیم را در این زمینه بوجود آورد. پس از نظریه طلایی تورینگ، دیری نپایید که «جان فون نویمان» یکی دیگر از نظریه پردازان بزرگ قرن بیستم موفق شد ماشین محاسبه گری را بر پایه طرح تورینگ و با استفاده از قطعات و مدارات الکترونیکی ابتدایی بسازد. به این ترتیب دانش کامپیوتر بتدریج از ریاضیات جدا شد و امروزه خود زمینه ای مستقل و در تعامل با سایر علوم به شمار می رود. گیتهای پیشرفته، مدارات ابر مجتمع، منابع ذخیره و بازیابی بسیار حجیم و کوچک، افزایش تعداد عمل در واحد زمان و غیره از مهم ترین این پیشرفتها در بخش سخت افزاری محسوب می شوند. در ۱۹۶۵ «گوردون مور» اظهار کرد که توان کامپیوترها هر دو سال دو برابر خواهد شد. در تمام الین سالها، تلاش عمده در جهت افزایش قدرت و سرعت عملیاتی در کنار کوچک سازی زیر ساختها و اجزای بنیادی بوده است. نظریه مور در دهه های ۶۰ و ۷۰ میلادی تقریبا درست بود. اما از ابتدای دهه ۸۰ میلادی و با سرعت گرفتن این پیشرفتها، شبهات و پرسش هایی در محافل علمی مطرح شد که این کوچک سازی ها تا کجا می توانند ادامه پیدا کنند؟ کوچک کردن ترازیستورها و مجتمع کردن آنها در فضای کمتر نمی تواند تا ابد ادامه داشته باشد زیرا در حدود ابعاد نانو متری اثرات کوانتومی از قبیل تونل زنی الکترونی بروز می کنند. گرچه همیشه تکنولوژی چندین گام بزرگ از نظریه عقب است، بسیاری از دانشمندان در زمینه های مختلف به فکر رفع این مشکل تا زمان رشد فن آوری به حد مورد نظر افتادند. به این ترتیب بود که برای نخستین بار در سال ۱۹۸۲ «ریچارد فاینمن» معلم بزرگ فیزیک و برنده جایزه نوبل، پیشنهاد کرد که باید محاسبات را از دنیای دیجیتال وارد دنیای جدیدی به نام کوانتوم کرد که بسیار متفاوت از قبلی است و نه تنها مشکلات گذشته و محدودیت های موجود را بر طرف می سازد، بلکه افق های جدیدی را نیز به این مجموعه اضافه می کند. این پیشنهاد تا اوایل دهه ۹۰ میلادی مورد توجه جدی قرار نگرفت تا بالاخره در ۱۹۹۴ «پیتر شور» از آزمایشگاه AT&T در آمریکا نخستین گام را برای محقق کردن این آرزو برداشت. به این ترتیب ارتباط نوینی بین نظریه اطلاعات و مکانیک کوانتومی شروع به شکل گیری کرد که امروز آنرا محاسبات کوانتومی یا محاسبات نانو متری (nano computing) می نامیم. در واقع هدف محاسبات کوانتومی یافتن روشهایی برای طراحی مجدد ادوات شناخته شده محاسبات ( مانند گیت ها و ترانزیستورها ) به گونه ایست که بتوانند تحت اثرات کوانتومی، که در محدوده ابعاد نانو متری و کوچکتر بروز می کنند، کار کنند. به نمودار صفحه بعد دقت کنید

         در این شکل به طور شماتیک و در سمت چپ یک مدار نیم جمع کننده را مشاهده می کنید که معادل کوانتومی و نانو متری آن در سمت راست پیشنهاد شده است. نوع اتم های به کار رفته، نحوه چینش اتم ها، چگونگی ایجاد سلول نمایش یافته ( معماری سلولی ) و چند ویژگی دیگر خصوصیات معادل با گیت های به کار رفته در نمونه دیجیتال هستند. یک راه نظری برای پیاده سازی سلول در این طرح، استفاده از «نقاط کوانتومی» (quantum dots) یا چیزی است که در زبان مکانیک کوانتومی آنرا «اتم مصنوعی » می نامیم