محاسبات کوانتمی نه چندان دور از دسترس!

فزایش آزمایش محاسبات کوانتمی دری بر روش جدیدی از حل مسائل باز خواهد کرد.

محاسبات کوانتمی پنجاه سال است که نگاه ها را به سمت خود معطوف کرده. دلیلش ساده است: مسیری برای حل مسائلی باز می‌کند که با ماشین کلاسیک حل شدنی نیستند. نمونه ای از این دست، در شبیه سازی‌های شیمی که مواد و مولکول‌های جدید را توسعه می‌دهند و مسائل بهینه سازی پیچیده را حل می‌کند که به دنبال بهترین گزینه بین تمام احتمال‌ها هستند. هر صنعت نیاز به بهینه سازی دارد که خود دلیلی ست بر این فناوری که بسیار پتانسیل مخرب دارد.

تا این اواخر، دسترسی به کامپیوترهای کوانتمی نوظهور محدود بود به مختصصینی که در معدود آزمایشگاه‌هایی سرتاسر دنیا کار می‌کردند. ولی پیشرفت هفته ساله اخیر، ساختن اولین دستگاه پیش تولید را ممکن کرده که می‌تواند در نهایت ایده‌ها، الگوریتم‌ها و دیگر تکنیک‌هایی که تاکنون تماما نظری بودند بیازماید. کامپیوترهای کوانتمی با توانایی مکانیک کوانتم، مسائل را به مبارزه می‌طلبند. حل کردن مسائل به صورت تکی در ماشین‌های کلاسیک با مقیاس‌های کلاسیک توجیه‌پذیر نیست. ماشین‌های کوانتمی با استفاده از برهم نهی تمام احتمال‌ها کارش را شروع می‌کند و آنگاه از تداخل و گیراندازی برای پیدا کردن جواب درست استفاده می‌شود – این دو پدیده را ما در حالت کلاسیک و زندگی روزمره نمی‌بینیم.

نتیجه‌ی مطلوبی که این دستگاه ها می‌دهند اما هزینه‌ای که دارد، پیچیدگی و دشواری ساخت آن‌هاست. طرح عمومی آن‌ها نیاز به مواد ابرسیال دارد (۱۰۰ مرتبه سردتر از فضای بیرون از جو زمین)، کنترل دقیق حالت‌های ظریف کوانتمی و سپر ساختن برای پردازنده تا از رسیدن یک تک پرتو نور هم ممانعت به عمل آید. ماشین‌های کنونی هنوز آنقدر کوچکتر از آن هستند که به طور کامل مسائل پیچیده‌تر از آنچه ابرکامپیوترهای کنونی می‌توانند امکان‌پذیر کنند، حل کنند. با این اوصاف، پیشرفت شگرفی داشته‌اند. الگوریتم‌ها توسعه پیدا کرده‌اند و می‌توانند در ماشین‌های کوانتمی سریع‌تر کار کنند. حال تکنیک‌های موجود انسجام طولانی (اطلاعات کوانتمی برای تمام عمر) در بیت‌های کوانتمی ابررسانا با ضریب بیش از ۱۰۰ نسبت به ۱۰ سال قبل دارند.

می‌توانیم مهم‌ترین گونه های خطاهای کوانتمی را تخمین بزنیم. در سال ۲۰۱۶ IBM از اولین کامپیوتر کوانتمی همگانی در Cloud رونمایی کرد (IBM Q)- با رابط گرافیکی برای برنامه نویسی روی آن و حالا با رابط زبان پایتون (Python) در دسترس است. با در اختیار قرار دادن این سیستم فیزیکی به دنیایی که از اینترنت استفاده می‌کند و برای این فناوری و پیشرفتش حیاتی ست، بیش از ۲۰ مقاله آکادمیک با این سیستم فیزیکی منتشر شده. این حوزه به سرعت در حال گسترش است. گروه‌های پژوهشی آکادمیک و بیش از ۵۰ استارتاپ و شرکت‌های بزرگ در سرتاسر دنیا، بر به وجود آوردن محاسبات کوانتمی به عنوان یک واقعیت روزمره تمرکز کرده‌اند.

با این پیشرفت‌های فناوری و ماشینی که نوک انگشتان همه است و حالا زمان آماده شدن برای دوره کوانتمی فرا رسیده. مردم می‌توانند اینطور در نظر بگیرند که اگر ماشین‌هایی که امروز هستند می‌توانستند مسائل را حل کنند، آن‌ها چه باید می‌کردند. و بسیاری از راهنماهای محاسبات کوانتمی برای شروع به صورت آنلاین در اختیار هستند. هنوز موانع بسیاری پیش‌ِروست. زمان‌های انسجام (Coherence time- Tc- برابر است با معکوس بیشینه فرکانس دوپلر) باید بهتر شوند، نرخ خطاهای کوانتمی باید کاهش یابد و به مرور، باید خطاهایی که روی می‌دهند را از بین ببریم یا تصحیح کنیم.

پژوهشگران به نوآوری‌هایشان در دو حوزه سخت افزار و نرم افزار ادامه می‌دهند. با این حال، سرمایه گزاران مخالفند چرا که اعتقاد دارند معیارها مشخص خواهند کرد چه زمانی محاسبات کوانتمی به بلوغ لازم در فناوری رسیده. تعدادی از این پژوهشگران هم تعریف‌های استانداردی ارائه کرده اند که برای عموم چندان قابل توضیح نیست مگر تخصص داشته باشند. و دیگران با این تعاریف موافق نیستیم، چرا که محاسبات کوانتمی به عنوان یک فناوری خودش را معرفی نمی‌کند تا زمانی که واقعاً بتواند مسائلی را حل کند که برای بازرگانان، متخصصین و اجتماع مهم هستند. خبر خوب این است که آن روز دقیقا در افق دید ما قرار دارد.

منبع:

ُScientific American (Dario Gil-رییس پژوهشکده علوم آی بی ام)
کامپیوترهای شخصی کوانتمی
IBM
IBM Q