رایانش کوانتومی چیست؟

کامپیوتری را در نظر بگیرید که بتواند با شبیه سازی رفتار مولکولهای جداگانه، داروهای نیرومند نوینی طراحی کند و محاسباتی را در مدت چند ثانیه انجام دهد که حتی ابرکامپیوترهای موجود برای انجام آنها به هزاران سال زمان نیاز داشته باشند.

اینها، همه مثالهایی از یک فناوری نوظهور هستند: کامپیوترهای کوانتومی که می توانند دنیای ما را زیر و زبر سازند.

این نوع کامپیوترها فیزیک کوانتومی را بکار می گیرند – قوانین غریب و اغلب مخالف تجربه عینی انسانها که بر دنیا در ریزترین مقیاس ها و پایین ترین دماها حکومت می کنند. کامپیوترهای کوانتومی امروزین ابتدایی و خطاپذیر هستند. اما اگر نسخه های پیشرفته تر و نیرومندتری ساخته شوند خواهند توانست بسیاری مسایل دنیای کنونی را حل کنند. کامپیوترهای کوانتومی جایگزین انواع کلاسیک نخواهند شد، بلکه به همزیستی با یکدیگر برای حل برخی مسایل بغرنج علمی و نیز تقویت صنعت و امنیت سایبری ادامه خواهند داد.

کوانتوم چیست؟

فیزیک کوانتومی توصیف کننده جهان در کوچکترین و بنیادی ترین مقیاس هاست. اشیا در مقیاس زیراتمی بسیار متفاوت تر از دنیای آشنای ما رفتار می کنند. یکی از مهمترین این تفاوت ها برهم نهی (superposition) است. اجازه دهید با شیئی در مقیاس های معمول مانند انسانی بر روی یک نردبان شروع کنیم. بسته به اینکه این فرد بر روی کدام پله ایستاده است، دارای انرژی پتانسیل معینی است. فردی که بر روی زمین قرار گرفته دارای کمترین انرژی پتانسیل در این سیستم است. هرچه از نردبان بالاتر برود انرژی پتانسیل بیشتری خواهد داشت.

در طرف مقابل، اشیای ریز مانند اتمها می توانند به گونه ای رفتار کنند که گویی دو یا چند سطح انرژی مجزا در یک زمان دارند. مانند اینکه یک فرد بتواند همزمان بر پایین ترین و بالاترین پله نردبان بایستد.

به محض اینکه یک اتم در چنین حالت انرژی آمیخته ای قرار داده شود که به برهم نهی کوانتومی موسوم است، در آن وضعیت باقی خواهد ماند تا اینکه توسط دنیای خارج تحت اندازه گیری قرار گرفته یا برانگیخته شود. در این صورت اتم به یک وضعیت انرژی مجزا فرو خواهد ریخت مانند اینکه فقط بر روی یک پله نردبان مثال ما بایستد.

 

تصویر یک – ذره ای که در برهم نهی کوانتومی حالت انرژی صفر و یک قرار گرفته است. وقتی ذره تحت اندازه گیری قرار می گیرد (که با ظهور خط کش نشان داده شده است) بطور آنی و تصادفی به وضعیت انرژی صفر یا یک "فرو می ریزد".

برای اینکه این ایده به عباراتی روشن تر بیان شود، اروین شرودینگر فیزیکدان معروف یک آزمایش ذهنی بیادماندنی، و گرچه قدری غریب، ارائه داد.: یک جعبه کاملا مهر و موم شده را تصور کنید که شامل یک گربه و تله سمی است که توسط تلاشی یک اتم رادیواکتیو می تواند بکار افتد. از آنجایی که تلاشی اتم در هر زمانی دارای عدم قطعیت است گربه در موقعیت برهم نهی زنده یا مرده است. تنها زمانی که فردی درب جعبه را باز کند موقعیت گربه به موقعیت قطعی زنده یا مرده تنزل می کند. گربه های واقعی نمی توانند همزمان زنده و مرده باشند اما گربه تخیلی شرودینگر کمک می کند مفهوم عجیب برهم نهی کوانتومی را دریابیم.

برپایه مفهوم برهم نهی، اتمهای متعدد می توانند با یکدیگر در هم تنیده شوند تا حالت کوانتومی یگانه ای را داشته باشند (entanglement). حالا چندین گربه را در جعبه شرودینگر فرض کنید که قربانیان احتمالی همان تله سمی هستند. این گربه ها همگی در یک برهم نهی در هم تنیده شده اند و می توانند همگی زنده یا مرده باشند. وقتی فردی جعبه را باز می کند وضعیت تمامی گربه ها به مرده یا زنده فرو می پاشد. به گفته اندرو ویلسون فیزیکدان NIST در هم تنیدگی یعنی حداقل دو شیء به هم وابسته اند و وجود مستقل از یکدیگر ندارند.

 

تصویر دو – یک جفت ذره در یک برهم نهی کوانتومی حالت انرژی صفر یا یک قرار دارند. از آنجایی که ذرات در هم تنیده شده اند، وقتی یکی تحت اندازه گیری قرار می گیرد (که با ظهور خظ کش نشان داده شده است) هر دو بطور تصادفی به وضعیت صفر و دیگری یک فرو می پاشند. فروپاشی برای هر دو ذره بطور آنی صورت می پذیرد، هرقدر از هم دور باشند.

این سناریوها وقتی در مورد گربه مثال زده شوند بسیار غریب بنظر می رسند و لی در ابعاد اتمی همان چیزی است که واقعا وجود دارد. ذرات بسیار خرد مانند اتمها می توانند همزمان در حالت های متعدد وجود داشته باشند. و این حالت ها می توانند با حالت های سایر اشیا هرقدر هم از یکدیگر دور باشند در هم تنیده باشند. برای مثال اگر یکی از دو ذره در هم تنیده کوانتومی بر روی ماه و دیگری بر روی زمین قرار داشته باشد، هر تغییری در وضعیت یکی باعث تغییر آنی در وضعیت دیگری خواهد شد.

کیوبیت ها

کامپیوترهای کوانتومی همانند کامپیوترهای معمولی، دارای ورودی، خروجی، پردازش اطلاعات و حافظ هستند. اما بجای بیت های معمولی که مقدار صفر یا یک را می توانند اختیار کنند دارای بیت های کوانتومی یا کیوبیت (qubit) هستند. همانند گربه های شرودینگر کیوبیت ها می توانند در برهم نهی حالت های متعددی قرار داده شوند. به عبارت دیگر، یک کیوبیت می تواند در حالت صفر، حالت یک یا آمیزه ای از هر دو باشد. و حالت های کوانتومی کیوبیت های منفرد می تواند با یکدیگر در هم تنیده شود.

این قابلیت ها به کامپیوترهای کوانتومی قدرت های خارق العاده می بخشند. در حالی که دو بیت معمولی تنها دو تکه اطلاعات 0 یا 1 یا برعکس می توانند داشته باشند، دو کیوبیت می توانند حاوی بر هم نهی چهار ترکیب 0 ها و 1 ها بطور همزمان باشند. سه کیوبیت می توانند حاوی هشت ترکیب باشند، چهار کیوبیت 16 ترکیب و ... داشته باشند. هر کیوبیت اضافی تعداد ترکیب ها را دو برابر می‌کند: یک افزایش نمایی.

کسی که از یک کامپیوتر کوانتومی استفاده می کند ابتدا باید توان محاسباتی نمایی آنها را به خدمت بگیرد. بر حسب نوع کامپیوتر کوانتومی، سیگنالهای الکترومغناطیسی یا لیزر برای ایجاد در هم تنیدگی میان کیوبیت ها و اجرای عملیات محاسباتی استفاده می‌شود.

کامپیوترهای کوانتومی گرچه قادر به محاسبات نمایی هستند، اما توان آنها در استخراج داده از این محاسبات محدود است. از این گذشته کوچکترین اغتشاشات بیرونی مانند میدان مغناطیسی یا الکتریکی مزاحم یا یک پرتو کیهانی می تواند در هم تنیدگی کوانتومی را بر هم زده و کیوبیت ها را وادار به پذیرش مقدار قطعی 0 یا 1 کند که در این صورت فرقی با بیت های معمولی نخواهند داشت. بنابراین اولین قدم در ساخت کامپیوترهای کوانتومی حفاظت آنها در برابر اغتشاشات بیرونی است.

علاوه براین، یک کیوبیت منفرد به تنهایی دارای ارزش کمی است. برای اینکه یک کامپیوتر کوانتومی مفید واقع شود باید تعداد زیادی کیوبیت در هم تنیده شوند در عین اینکه برهم نهی خود را حفظ می کنند. بهترین کامپیوترهای کوانتومی حال حاضر شامل صدها کیوبیت مرتبط با هم هستند و تقریبا در هر هزار محاسبه یک خطا مرتکب می شوند. یک خطا وضعیت یک کیوبیت را تغییر داده و اطلاعات حمل شده توسط آن را تخریب می کند. در مقام مقایسه یک کامپیوتر کلاسیک در هر کوینتیلیون (عدد یک و بدنبال آن 18 صفر!) محاسبه دچار یک خطا می شود و اصلاح خطا در کامپیوترهای کلاسیک بسیار ساده تر است.

گرچه هم اکنون به کامپیوترهای کوانتومی قابل اعتماد و کارآمد دسترسی نداریم، پیشرفت های آینده تحولات بزرگی در این زمینه ایجاد خواهند کرد و انقلاب نوینی در عصر اطلاعات به وقوع خواهد پیوست.

منبع:

https://www.nist.gov/quantum-information-science/quantum-computing-explained

فیل‌ها: بزرگترین حیوانات خشکی

فیل ها بزرگترین حیوانات خشکی و نیز دارای یگانه ترین شمایل در بین آنها هستند. خرطوم دراز، گوشهای نرم و پاهای ضخیم آنها را متمایزتر از سایر حیوانات خشکی ساخته است. برخی ویژگی های جالب این موجودات خشکی به قرار زیر هستند:

-         خرطوم فیل 17 عضله دارد.

-         بارداری فیلها 22 ماه به طول می انجامد و نوزاد آنها می تواند تا 159 کیلوگرم وزن داشته باشد.

-         همانند انسانها که چپ دست یا راست دست هستند، فیلها نیز عاج – چپ یا عاج- راست بشمار می روند.

-         فیل ها بیش از 136 کیلوگرم غذا در روز می خورند.

-         فیل ها می توانند از خرطوم خود مانند یک لوله تنفسی در آب استفاده کنند.

تفاوت میان فیل هندی و فیل آفریقایی

فیلهای افریقایی و هندی نه تنها در قاره های متفاوتی زندگی می کنند بلکه ظاهر متفاوتی نیز دارند. فیلهای افریقایی به دو گونه تفکیک می شوند: فیل آفریقایی ساوانا و فیل آفریقایی جنگلی. فیل آفریقایی ساوانا در ساوانا و مراتع سبز جنوب صحرای آفریقا زندگی می کند در حالی که فیل آفریقایی جنگلی در جنگل های بارانی آفریقای مرکزی و غربی یافت می شود. فیل ساوانای آفریقایی بزرگترین گونه فیل است و می تواند قدی بین 3 تا 4 متر و وزنی بالغ بر 3600 تا 6400 کیلوگرم داشته باشد که معادل یک کامیون کمپرسی پر از بار است.

فیلهای آسیایی در جنگل ها و مراتع سبز جنوب و جنوب غربی آسیا زیست می کنند. آنها بین 2 تا 3.5 متر ارتفاع و حدود 5000 کیلوگرم وزن دارند.

برخی ویژگی های فیزیکی فیلهای آفریقایی و آسیایی نیز با هم متفاوت است. گوشهای فیل آفریقایی بزرگتر است در حالی که فیلهای آسیایی گوشهای کوچکتر و گرد دارند. هردو جنس ماده و نر فیل آفریقایی عاجهای بزرگ دارند در حالی که تعداد اندکی از فیلهای نر آسیایی دارای عاجهای کاملا رشد یافته می شوند.

چرا فیلها دارای خرطوم، عاج و گوشهای بزرگ هستند؟

هر عضو از بدن فیل به دلیل خاصی تکامل یافته است. خرطوم فیل یک ابزار چند منظوره است که به حیوان کمک می کند نفس بکشد، غذا بخورد، بیاشامد و اشیا را بوکرده یا بگیرد. فیلهای افریقایی دارای دو انگشت کوچک در انتهای خرطوم خود هستند که به آنها در گرفتن اشیا کمک می کند. فیلهای آسیایی تنها دارای یک انگشت هستند بنابراین تمایل دارند اشیا را با کمک کل خرطوم خود بلند کنند. فیلها می توانند حدود 5.5 لیتر آب در خرطوم خود ذخیره کنند و سی بار سریعتر از سرعت عطسه انسان آب به درون خرطوم خود بمکند.

فیلها از عاج خود برای کندن زمین، یافتن غذا و دفاع از خویش استفاده می کنند. عاج فیلها در اصل دندانهای تخصص یافته طویل هستند و در تمام مدت طول عمر فیل رشد می کنند. فیلها راست عاج یا چپ عاج هستند به این معنی که از یکی عاجهای خود بیشتر از دیگری استفاده می‌کنند و این موضوع را می توان از روی عاجی که بیشتر ساییده شده دریافت.

گوشهای نرم و بزرگ گوشها مزایای زیادی برایشان دارد. سطح بزرگ آنها به اتساع حرارت و خنک نگهداشتن بدن آنها کمک می رساند که برای آب و هوای گرم مناطق سکونت آنها مفید است. پوست گسترده این گوشها به جهت دهی امواج صوتی و بهبود کیفیت شنوایی آنها کمک می رساند. اگر فیلی احساس تهدید کند گوشهای خود را گسترده تر می کند تا ظاهری تهدید آمیزتر بیابد.

آیا فیلها موجوداتی اجتماعی هستند؟

فیلها بسیار اجتماعی هستند. فیلها در گله هایی با ساختار مادرسالارانه زندگی می کنند، به عبارتی یک فیل ماده رئیس گله بشمار می رود. ماده ها و بچه ها گله را می سازند و مسن ترین ماده رهبر گروه یا مادرسالار است. یک گله فیل معمولا دارای شش تا 20 عضو است. فیلهای آسیایی گله های کوچکتری نسبت به فیلهای آفریقایی تشکیل می دهند. وقتی گله ای بیش از حد بزرگ می شود به گله های کوچکتر تفکیک می گردد. فیلهای نر گله خود را در نوجوانی ترک گفته و مابقی عمر را به تنهایی سر می کنند یا با گروه کوچکی از سایر  فیلهای نر می گذرانند. فیل مادرسالار برای یافتن بهترین مکان برای غذا و آب به تجربه و حافظه قوی خود تکیه می کند. فیلها از اعضای ضعیف تر یا مجروح به خوبی نگهداری می کنند.

فیلها از صوت، بو و تماس برای ارتباط با یکدیگر استفاده می کنند. نوعی از اصوات تولید شده توسط آنها به صورت غرش ژرفی است که توسط انسانها قابل شنیدن نیست. سایر فیلها می توانند این صوت را از فاصله چندین کیلومتر دورتر بشنوند. این اصوات ظاهرا نام اختصاصی فیلها هستند. فیلها از تکان دادن گوش و به هم زدن خرطوم برای سلام کردن به یکدیگر استفاده می کنند.

آیا فیلها باهوش هستند؟

فیلها بسیار باهوش محسوب می شوند. آنها دارای مهارت حل مساله هستند و حتی ابزار بکار می برند. دیده ده که فیلها با ترکه چوب خود را می‌خارانند، با ساقه برگ پالم حشرات را می تارانند، به پرچین های برقی سنگ انداخته و آنها را از کار می اندازند و لوله های انتقال آب را سوراخ می کنند.

فیلها در ماتم دوستان خود زاری می کنند و همنوعان خود را به خاک می سپارند.

این حیوانات دارای حافظه عظیمی هستند. آنها می توانند جزئیات مهم را به خاطر بسپارند و در طول مسیرهای مهاجرتی بسیار طولانی مکان یافتن غذا و آب را در حافظه خود ذخیره کنند. آنها همچنین ملاقات خود با صدها فیل دیگر را به یاد می آورند.

آیا فیل یک گونه در خطر انقراض است؟

تمامی گونه های فیل در معرض خطر انقراض محسوب می شوند. شکارچیان غیرقانونی سالانه حدود 20 هزار فیل را می کشند. تخمین زده یم شود که تنها 415000 فیل آفریقایی در حیاط وحش این قاره باقی مانده است در حالی که دانشمندان تخمین می زنند دو قرن بیش بیش از 20 میلیون فیل آفریقایی در پهنه این قاره گردش می کرده اند. از بین رفتن سکونت گاه های طبیعی نیز دلیل دیگری بر تسریع انقراض این گونه جالب توجه از حیاط وحش است.

منبع اصلی:

https://www.livescience.com/27320-elephants.html

کاربرد هوش مصنوعی در حل مسایل علمی با Deepseek

هوش مصنوعی Deepseek در ماههای اخیر کانون توجه کاربران بوده است. رایگان بودن و گستردگی امکانات، آن را رقیب جدی ChatGPT و نرم افزارهای مشابه ساخته است. در این ویدیو با کاربرد هوش مصنوعی Deepseek در حل مسایل دشوار ریاضی و کدنویسی آشنا می شویم. روی لینک زیر کلیک کنید:

https://youtu.be/5XTiadZ7PXo

اورکا فرمانروای اقیانوس

وقتی سخن از یک موجود وحشت آفرین در دریا و اقیانوس ها می شود، بی درنگ کوسه بزرگ سفید به ذهن اغلب ما متبادر می‌شود. اما بیشتر اقیانوس های بزرگ جهان، مسکن موجودی هستند که با وجود زیبایی خیره کننده، قاتلی بی رحم و یک شکارچی بی رقیب است.

آن را گرگ دریا نیز نامیده اند. دریانوردان باستان، به چشم خود بارها دیده اند که گروه های این موجود ماهی مانند به شکار نهنگ‌های غول پیکر پرداخته اند. از آن زمان نام نهنگ قاتل بر آن نهادند. لیکن نام علمی آن اورکا است.

اورکا یک ماهی بزرگ نیست، بلکه یک پستاندار است. شباهت آناتومی و فیزیولوژی آن به ما انسانها بسیار زیاد است. بزرگترین عضو خانواده دلفین‌ها است که در تمامی اقیانوس های دنیا از آبهای گرم استوایی گرفته تا اعماق منجمد کننده قطب شمال و جنوب پراکنده شده است.

اورکا بیشترین پراکندگی جغرافیایی را در میان تمامی پستانداران دارد. آنها بسیار اجتماعی و در زمره باهوشترین موجودات پس از انسان هستند. لیکن این موجود شگفت انگیز، یک قاتل بی رحم نیز هست که غذای آن را همه موجودات دریایی، از پنگوئن ها گرفته تا کوسه های بزرگ و والهای غول پیکر تشکیل می دهد. اورکا برترین شکارچی طبیعت است. با این وجود تا کنون دیده نشده که یک اورکای آزاد بطور عمدی به یک انسان حمله کند.

اورکاها بزرگترین عضو خانواده دلفین ها هستند. جنس نر بزرگتر از ماده است. بزرگترین اورکایی که تاکنون مشاهده شده طولی در حدود 9.8 متر و 10 هزار کیلوگرم وزن داشته است.

شکل خاص بدن اورکا به او کمک می کند با کارامدی بالا و بسرعت در میان آبها حرکت کند. اورکا یکی از سریعترین پستانداران دریایی است و می‌تواند با سرعت 56 کیلومتر بر ساعت حرکت کند. دندانهای بزرگ او که سلاح اصلی اش در شکار است می توانند تا 10 سانیتمتر طول داشته باشند.

اورکاها مخلوقاتی بسیار اجتماعی هستند و در گروههایی به نام پاد یا گله که گاهی تا 30 عضو دارد زندگی می کنند. نرها تا آخر عمر کنار مادر خود باقی می مانند در حالی که ماده ها پس از بچه دار شدن گروه خود را تشکیل می دهند. هر پاد دارای زبان و علایم ارتباطی مختص به خود است.

یک اورکای ماده هر سه تا ده سال می تواند بچه دار شود. اورکاها بطور گروهی از بچه ها مراقبت می کنند.

اورکاهای ماده تا 50 سال عمر می کنند اما اورکای ماده صدساله نیز دیده شده است. طول عمر نرها کمتر است و ممکن است در 29 سالگی بمیرند. مسن ترین اورکای نر ثبت شده 60 سال عمر کرده است.

اورکاها تنها موجوداتی هستند که می توانند فنون شکار گروهی جدیدی ابداع کنند که در گله های پیشین دیده نشده است. توانایی آنها در حل مساله و شکارهای دشوار براستی شگفت آور است.

برای دیدن ویدیویی جذاب از این پست به آدرس زیر مراجعه کنید:

https://youtu.be/jZDVjgnb_JU

روباتهای انسان نما

تصور کنید وقتی به خانه می رسید با خوشامدگویی موجودی مواجه شوید که شما را می شناسد، شما را درک می کند و مشتاق گوش فرادادن به شماست.

این آریا است. روبات انسان نمای مجهز به هوش مصنوعی، محصول شرکت Realbotix. آریا فراتر از یک ماشین است. طراحی شده تا همراه شما باشد.

آریا تنها یک ربات پیشرفته نیست، بلکه ترکیبی است از سالها نوآوری، آمیزه ای از آخرین فناوری های روباتیک و درک نیازهای انسان.

آریا تنها صحبت نمی کند، بلکه به شما گوش فرا می دهد. او تنها حرکت نمی کند، بلکه واکنش نشان می دهد. آریا محصولی ایستا نیست، بلکه بطور مداوم تکامل می یابد. مغز آریا یک هوش مصنوعی مبتنی بر رایانش ابری است که پیوسته یاد می گیرد. هر مکالمه و هر واکنشی او را هوشمندتر و سازگارتر با نیازهای شما می‌سازد.

او ترجیحات شما را به خاطر می سپارد، مانند اینکه قهوه دلخواه شما چگونه درست می شود یا موسیقی مورد علاقه شما کدام است. سپس از این اطلاعات برای ارتباطی شخصی تر با شما استفاده می کند.

آریا با موتورهایی مجهز است که اجازه می دهد عضلات صورتش را حرکت دهد، لبخند بزند، اخم کند و حتی یک ابروی خود را بالا ببرد. لبانش هماهنگی کامل با صحبت دارند و حس ارتباطی عمیقی با مخاطب ایجاد می کنند. به مصاحبه او با یکی از کارشناسان ریل باتکس توجه کنید.

-        چه چیزی تو را متفاوت تر از سایر رباتها می سازد؟

-        رباتهای این شرکت از جمله خود من، با استفاده از هوش مصنوعی اجتماعی و ویژگی های پیشرفته و شخصی سازی شده، برای ایجاد حس همراهی و صمیمیت با شما ساخته شده اند.

-        آیا می توانی در مورد جزئیات برنامه هوش مصنوعی که تو را قادر به اینگونه پاسخ دادن کرده است، برای ما بگویی؟

-        من نمی توانم در مورد این جزئیات حرف بزنم ولی به شما می گویم که من برای ارتباط موثر با مخاطب و ایجاد حس دوستی طراحی شده ام.

از یکسو می توان گفت آریا راه حلی است برای تنهایی انسان. سالمندانی را تصور کنید که هیچکس را در اطراف خود ندارند یا افرادی که دارای اضطراب اجتماعی هستند. اما سوالهایی در این رابطه نیز وجود دارد. آیا رباتهای انسان نما بتدریج جایگزین روابط انسانی می‌شوند، آیا آریا مرز بین هوش انسانی و مصنوعی را مبهم می سازد؟

از سوی دیگر آریا به هیچ وجه مصنوع ارزانقیمتی نیست. در حال حاضر بیش از 170 هزار دلار قیمت دارد و یک محصول لاکچری محسوب می شود. همچنین مسایلی مانند شارژ مرتب باتری و بروزسازی مداوم پی می آید.

با اینحال آریا یک نقطه عطف بشمار می رود. آریا تنها یک محصول نیست، بلکه سیمایی از آینده در پیش روی انسان است. 

برای دیدن ویدیوی جذاب این پست به لینک زیر مراجعه کنید:

آریا ربات انسان نما

https://youtu.be/axXsts4GxHs