سه شنبه 3 اسفند 1395 - 24 جمادي الاول 1438 - 21 فوريه 2017
عقل و اندیشه آدمی توان انجام محاسبات بسیار دقیق را دارد، اما وقتی که تعداد محاسبات بسیار زیاد شود انجام این محاسبات در زمانی کوتاه به کمک مغز تقریباً محال و نشدنی است.
عکس نویسنده
عکس نویسنده
بازدید :
زمان تقریبی مطالعه :

شبیه سازی واقعیت کوانتومی

قسمت اول: رویکرد محاسباتی و کامپیوتری


عقل و اندیشه آدمی توان انجام محاسبات بسیار دقیق را دارد، اما وقتی که تعداد محاسبات بسیار زیاد شود انجام این محاسبات در زمانی کوتاه به کمک مغز تقریباً محال و نشدنی است.

شبیه سازی واقعیت کوانتومی

همه انسان ها یک روح محاسبه گر دارند، حتی یک کودک وقتی انگشتان دستش را می شمرد محاسبه گر است. اما انسان ها وقت محدودی دارند و ترجیح می دهند کارهایی را که می توانند انجام دهند به کمک ماشین انجام دهند. با این کار هم کارها سریع تر پیش می رود و هم انسان به اولویت های مهم تر خود رسیدگی می کند. امروزه که با شناسایی قوانین فیزیکی و شیمیایی، از قوانین نیوتن تا قوانین پیچیده دنیای اتم شمارش، محاسبه به فضای نانومتری نیز کشیده است، محاسبات باید با کامپیوتر انجام شود. ابزارهای محاسباتی با رشد بشر کامل تر شده و امروز کامپیوترهای قدرتمند قادر به انجام محاسبات پیچیده و بسیار زیاد در زمان کم هستند.

اطلاعات روی حالت‌های سیستم فیزیكی تعریف می‌شود و محاسبات عملیات فیزیكی می‌باشد كه روی این حالت‌ها انجام می‌شود. بر این اساس مطالعه‌ی محدودیت‌ها و قابلیت‌های یك سیستم فیزیكی در پردازش، ذخیره و انتقال اطلاعات در چارچوب نظریه‌های فیزیكی است كه این سیستم را توصیف می‌كند. هنگامی كه اطلاعات روی حالت‌های كلاسیك سیستم تعریف شود رفتار آن كلاسیكی و هنگامی كه روی حالت‌های كوانتوم تعریف شود، رفتار آن كوانتومی می‌باشد. از آنجا كه قوانین كوانتومی از قوانین كلاسیكی بسیار بنیادی‌تر و عام‌تر می‌باشد، انتظار داریم كه اطلاعات در حوزه‌ی كوانتومی به شیوه‌های جدید و کارآمدی رفتار كند.

 علم به كار بردن این شیوه‌های جدید (اطلاعات و محاسبات كوانتومی) در مصارف اطلاعاتی می‌باشد. نیلزبور اعتقاد دارد که: جهان کوانتومی وجود ندارد، بلکه توصیف انتزاعی کوانتوم فیزیکی وجود دارد.

شبیه سازی واقعیت کوانتومی

صرف نظر از اثبات وجود یا عدم وجود جهان کوانتومی به خوبی میدانیم که مکانیک کوانتومی رفتارهای عجیب ذاتاً کوانتومی، برای سیستمهای کوانتومی پیش بینی میکند که مانستگی کلاسیکی ندارد. خوشبختانه، بدون وارد شدن در دهلیزهای مباحث فلسفی، این رفتارها را میتوان در آزمایشگاه مشاهده کرد و راز قدرت کامپیوتر کوانتومی چیزی جز بکار بردن این اثرات کوانتومی در ذخیره و پردازش اطلاعات نیست.

اصول فیزیک کوانتومی اجازه ساخت کامپیوتر کوانتومی را به ما میدهد كه برتری آن را نسبت به کامپیوتر کلاسیکی طبق این اصول به ما نشان می دهد.

در مطالبی جداگانه درباره کامپیوترهای کوانتومی به طور کامل بحث کردیم: کامپیوتر کوانتومی (1)، کامپیوتر کوانتومی (2)، کامپیوتر کوانتومی (3)، کامپیوتر کوانتومی (4)، کامپیوتر کوانتومی (5).

اثبات این مطلب از عقیده ای کلی نشأت می گیرد که اطلاعات یک امر فیزیکی می باشد. بدین معنی که اطلاعات مفهومی است که با در نظر گرفتن سیستم فیزیكی معنی پیدا می کند. زیرا اطلاعات روی حالت های فیزیکی این سیستم ذخیره می شود و با عملیات روی این سیستم، اطلاعات تحول پیدا می کند. این تحول را اصطلاحاً پردازش اطلاعات می نامیم. همه این اعمال یعنی ذخیره، پردازش و اطلاعات، تحویل پذیر به قوانین فیزیکی می باشند.

 یکی از مهم ترین فواید محاسبات نانومتری دستیابی به حدودی خارج از دسترس در آزمایشگاه ها است. می توان در یک شبیه سازی ابعاد را بسیار کوچک و کوچک ساخت و مدل ها را به راحتی دستکاری کرد

شبیه سازی نانومتری

وقتی کسی می خواهد مساله ای را به روش محاسباتی حل کند نیاز به یک مدل ریاضی دارد تا مساله را روی کاغذ یا در کامپیوتر بازسازی کند. تصاویر و روابطی که برای بررسی نحوه تشکیل تصویر در آینه های کاو و کوژ مشخص شده است، روابطی که برای محاسبه نیروی بین دو بار ساکن تعیین شده است همه مدل ها باید به واقعیت نزدیک بوده و با تجربه کارایی آن ها اثبات شده باشد.

در فناوری نانو برای مدل سازی جایگاه خاصی تعیین شده است. یکی از مهم ترین فواید محاسبات نانومتری دستیابی به حدودی خارج از دسترس در آزمایشگاه ها است. می توان در یک شبیه سازی ابعاد را بسیار کوچک و کوچک ساخت و مدل ها را به راحتی دستکاری کرد. حتی امکان ایجاد شرایطی مانند نور، گرما و حرارت نیز است.

شبیه سازی واقعیت کوانتومی

شبیه سازی راهی برای پیش گویی، پیش بینی، آزمون با بررسی هر چیزی است که به راحتی به آن دسترسی نداریم. انجام محاسبات پیچیده با استفاده از مفاهیم ریاضیات می تواند کمک کند که با دقت بالایی به مقادیر واقعی نزدیک شویم. هر چه شبیه سازی ها ریزتر و براساس قوانین واقعی تر باشد نتایج به شواهد ما نزدیک تر خواهد بود. در این حالت شبیه سازی نردبانی خواهد بود که ما را به سوی نوآوری در فناوری نانو هدایت می کند. نمونه ای از این افزایش دقت را در انتگرال گیری می توان مشاهده کرد. هر چه قدر فواصل انتگرال کوچک تر و کوچک تر باشد دقت در محاسبه مقدار واقعی بیشتر می شود.

 

    ادامه دارد...

 

مریم نایب زاده

بخش دانش و زندگی تبیان


منبع:  nano، sciencedirect، sw-quantum

کتاب آشنایی با فناوری نانو 1، سلیمی، طاهری، احمدوند

تلفن : 81200000
پست الکترونیک : public@tebyan.com
آدرس : بلوارکشاورز ، خیابان نادری ، نبش حجت دوست ، پلاک 12

ارتباط با ما

روابط عمومی

درباره ما

نقشه سایت

تعدادبازدیدکنندگان
افراد آنلاین