کامپیوتر کوانتومی گوگل یک آزمایش “غیر ممکن” را پشت سرگذاشت!

آیا گوگل به پرچمدار کوانتوم تبدیل شده است؟

گوگل یک جهش کوانتومی در علوم کامپیوتر را تجربه کرد. این کمپانی با استفاده از کامپیوتر کوانتومی خود که سیکامور (Sycamore) نامیده می‌شود، با حل مسئله‌ای که عملا برای ماشین‌های معمولی غیرممکن است، ادعا می‌کند که به پرچمدار کوانتوم در میان ابرکامپیوترهای سراسر جهان تبدیل شده است.

تیمی از پژوهشگران به رهبری جان مارتینز، فیزیکدان تجربی در دانشگاه کالیفرنیا، سانتا باربارا، در پژوهش خودشان که روز چهارشنبه (۲۳ اکتبر) در مجله Nature منتشر شد عنوان کردند: کامپیوتر کوانتومی، محاسباتی پیچیده را در ۲۰۰ ثانیه به پایان رساند. انجام این محاسبات حتی برای قوی ترین ابرکامپیوترها، حدود 10هزار سال به طول می‌انجامد.

بروکس فاکسن از محققان آزمایشگاه مارتینز، با اشاره به برتری کامپیوترهای کوانتومی اظهار داشت: «احتمالاً زمان شبیه‌سازی کلاسیک که در حال حاضر ۱۰،۰۰۰ سال تخمین زده می‌شود، با بهبود سخت‌افزار و الگوریتم کلاسیک کاهش خواهد یافت.» وی افزود : «از آن‌جایی که ما یک ونیم تریلیون برابر افزایش سرعت داشته ایم،  می‌توانیم ادعا کنیم که به پرچمداری کامپیوترهای کوانتومی دست یافته‌ایم.»

کامپیوترهای کوانتومی از فیزیک گیج‌کنندۀ مکانیک کوانتومی، برای حل مسائلی که برای کامپیوترهای مبتنی بر نیمه رساناها بسیار دشوار یا غیرممکن است، استفاده می‌کنند.

محاسباتی که گوگل برای تسخیر این زمینه  انتخاب کرده است، معادله‌ای کوانتومی با ایجاد یک لیست بسیار طولانی از اعداد تصادفی بوده که آن‌ها را یک میلیون بار بررسی می‌کند. نتیجه حاصله، راه حلی است که در خارج از دنیای مکانیک کوانتومی فایده آنچنانی ندارد، اما دارای مفاهیم مهمی برای قدرت پردازش یک دستگاه است.

مقاومت در عدم قطعیت

کامپیوترهای معمولی محاسبات را با استفاده از “بیت‌های” اطلاعات انجام می‌دهند، که مانند کلیدهای روشن–خاموش تنها دو حالت دارند: ۱ یا ۰. کامپیوترهای کوانتومی از بیت‌های کوانتومی یا “کیوبیت” (qubit) استفاده می‌کنند که درآن 0و1 می‌توانند به صورت هم‌زمان وجود داشته باشند. این پیامد خارق العاده مکانیک کوانتومی، اصل برهم‌نهی نامیده می‌شود که کلید برتری کامپیوتر کوانتومی بر کامپیوترهای کلاسیک است.

به عنوان مثال، یک جفت از این بیت‌ها می‌تواند در هر لحظه یکی از چهار ترکیب احتمالی (۰۰، ۰۱، ۱۰ یا ۱۱) را ذخیره کند. یک جفت  کیوبیت می‌تواند هر چهار ترکیب را به طور همزمان ذخیره کند، چون هر کیوبیت هر دو مقدار (۰ و ۱) را همزمان نشان می‌دهد. اگر شما  کیوبیت‌های بیشتری اضافه کنید، قدرت کامپیوتر شما به صورت نمایی رشد می‌کند. سه کیوبیت هشت ترکیب را ذخیره می‌کند، ۴ کیوبیت ۱۶، و….کامپیوتر جدید گوگل با ۵۳ کیوبیت می‌تواند ۲۵۳ مقدار یا بیش از ۱۰،۰۰۰،۰۰۰،۰۰۰،۰۰۰،۰۰۰ (۱۰ کوادریلیون) را ذخیره کند. حتی وقتی یکی دیگر از ویژگی‌های مکانیک کوانتومی وارد صحنه میشود، این عدد چشمگیر تر هم میشود: این ویژگی حالات مرکب نام دارد.

در پدیده‌ای که توسط آلبرت انیشتین به عنوان “عمل پنهان در فاصله” توصیف می‌شود، ذراتی که در نقطه‌ای از زمان با یکدیگر تعامل دارند، می‌توانند مرکب شوند. این بدان معنی است که اندازه‌گیری وضعیت یک ذره به شما این امکان را می‌دهد که به طور همزمان وضعیت دیگری را بدون در نظر گرفتن فاصله بین ذرات اندازه بگیرید. اگر کیوبیت‌های یک کامپیوتر کوانتومی مرکب شوند، می‌توان آن‌ها را همزمان اندازه‌گیری کرد.

کامپیوتر کوانتومی گوگل شامل مدارهای میکروسکوپی از فلز فوق رسانا می‌باشد که ۵۳کیوبیت  را در حالت برهم‌نهی پیچیده به هم متصل می‌کند. کیوبیت‌های مرکب، اعداد تصادفی بین 0 تا 253 تولید می‌کنند، اما به دلیل تداخل کوانتومی، برخی اعداد تصادفی بیشتر از بقیه اعداد نمایان می‌شوند. وقتی کامپیوتر این اعداد تصادفی را میلیون‌ها بار اندازه‌گیری می‌کند، یک الگو از توزیع یکنواخت آن‌ها، ایجاد می‌شود.

فاکسن گفت: «محاسبه نتیجه این عملیات‌ها برای کامپیوترهای کلاسیک، دشوارتر است، زیرا احتمال حضور در هر یک از 253 حالت ممکن که از 53 کیوبیت ناشی می‌شود، باید محاسبه شود. دلیل علاقه مردم به محاسبات کوانتومی، مقیاس‌بندی نمایی [ حالات ] است».

با بهره‌گیری از ویژگی‌های خارق العاده کوانتومی و برهم‌نهی، آزمایشگاه مارتینز، این الگوی توزیع را با استفاده از تراشه سیکامور در ۲۰۰ ثانیه تولید کرد.

بر روی کاغذ، نشان دادن این که چرا یک کامپیوتر کوانتومی می‌تواند بهتر از کامپیوترهای مرسوم عمل کند، آسان است. نشان دادن این موضوع در دنیای واقعی، داستان دیگری است. در حالی که کامپیوترهای کلاسیک می‌توانند میلیون‌ها بیت عملیاتی را در پردازنده‌های خود جا به جا کنند، کامپیوترهای کوانتومی تلاش می‌کنند تعداد کیوبیت‌هایی که می‌توانند با آن کار کنند را، افزایش دهند. کیوبیت‌های مرکب معمولاً بعد از دوره‌های کوتاه به کیوبیت‌های غیرمرکب تبدیل می‌شوند و در معرض اختلال و خطا قرار می‌گیرند.

به گفته محققان، اگرچه این دستاورد گوگل به طور حتم یک شاهکار در دنیای محاسبات کوانتومی است، اما این حوزه هنوز در دوران ابتدایی خود است و کامپیوترهای کوانتومی کاربردی، جای پیشرفت بسیار زیادی دارند.

منبع: livescience.com