کوانتوم محدودیت‌ها را درهم می‌شکند

این مطلب یکی از مجموعه مقاله‌های پرونده ویژه «کامپیوترهای کوانتومی» است که در شماره ۱۸۹ ماهنامه شبکه منتشر شد. برای دانلود این پرونده ویژه می‌توانید اینجا کلیک کنید. 

کوانتوم واژه‌ای برخاسته از علوم معاصر است. مکانیک کوانتوم زیربنای بسیاری از فناوری‌های حال حاضر همچون لیزر و نیمه‌هادی‌ را شکل داده‌ است. فناوری‌هایی که در قلب تراشه‌های امروزی مورد استفاده قرار می‌گیرند. این فناوری دیگر در درون آزمایشگاه‌ها و فرضیات علمی محصور نیست و شرکت‌ها موفق شده‌اند بر چالش‌هایی که در این زمینه وجود داشته است، فائق آمده و به‌شکل عینی از این رایانش استفاده کنند. 

مطلب پیشنهادی

ابرماشین محاسباتی

کامپیوتر کوانتومی در ابعادی فراتر از یک زمین فوتبال ساخته خواهد شد

پیش از آنکه سال 2016 میلادی کار خود را پایان دهد، چند خبر مهم در ارتباط با تحولات رایانش کوانتومی منتشر شد. اخباری که امیدهای تازه‌ای را در این زمینه به‌وجود آوردند. در خبر اول شرکت دی‌ویو سیستمز اعلام کرد جدیدترین نسل از کامپیوترهای کوانتومی خود را موسوم به 2X طراحی کرده است. ورن برانل مدیرعامل این شرکت در مصاحبه‌ای با سایت پی‌سی‌ورلد گفت: «رایانش کوانتومی از مدت‌ها قبل کار خود را آغاز کرده بود. ما اکنون در حال ورود به نسل دوم این مدل محاسبات قرار داریم. ما کار خود را از 17 سال پیش آغاز کردیم و در سال 2010 موفق شدیم اولین نمونه تجاری یک کامپیوتر کوانتومی را آماده کنیم. از آن زمان تا به امروز هر ساله موفق شدیم تعداد کیوبیت‌ها را دو برابر کنیم. کامپیوتر جدید ما موسوم به D-wave 2X بیش از هزار کیوبیت دارد.» 

خبر دوم در ارتباط با شرکت اینتل بود. این شرکت در بیانیه‌‌ای که منتشر کرد، چنین گفت: «ما یک همکاری مشترک و ده ساله را با دانشگاه هلندی Delft آغاز خواهیم کرد. این همکاری در قالب پروژه Qu Tech کار خود را آغاز خواهد کرد. پروژه‌ای که در آن یک آزمایشگاه تحقیقاتی در این دانشگاه تأسیس خواهد شد که به‌طور ویژه به پژوهش در ارتباط با کامپیوترهای کوانتومی خواهد پرداخت. ما مبلغ 50 میلیون دلار به‌منظور پیشبرد سریع‌تر محاسبات کوانتومی و دستیابی به این فناوری سرمایه‌گذاری خواهیم کرد.» خبر مهم دیگر در ارتباط با آی‌بی‌ام بود. بدون شک اگر قرار باشد تحول عظیمی در عرضه محاسبات کوانتومی رخ دهد، آی‌بی‌ام در این زمینه پیشگام خواهد بود. پژوهشگران شرکت آی‌بی‌ام اعلام کردند مشکل مربوط به خطایابی تراشه کوانتومی را حل کرده‌اند.

کوانتوم واژه‌ای برخاسته از علوم معاصر است. مکانیک کوانتوم زیربنای بسیاری از فناوری‌های حال حاضر همچون لیزر و نیمه‌هادی‌ را شکل داده‌ است.

جی گامبتا مدیر تیم محاسبات کوانتومی این شرکت گفته است: «پیاده‌سازی یک مکانیسم خطایابی مهم‌ترین عاملی است که در زمینه کامپیوترهای بزرگ باید به آن توجه داشته باشیم. ما اکنون مداری طراحی کرده‌ایم که قادر است دو نوع خطای فازی و بیتی را در یک لحظه شناسایی کند. این مدار یک شبکه مربعی شکل است که چهار کیوبیت دارد و روی تراشه‌ای به اندازه کمتر از 4 میلی‌متر مربع قرار می‌گیرد. تا پیش از طراحی این مدار، دانشمندان در یک لحظه قادر بودند خطاهای بیتی یا فازی را شناسایی کنند. در نتیجه امکان شناسایی دو خطا در یک لحظه وجود نداشت. همواره اطلاعات ناقصی در ارتباط با وضعیت فازی سیستم به‌دست می‌آمد. این سیستم نه‌تنها قادر به شناسایی هر خطایی است، بلکه پتانسیل گسترش‌پذیری را نیز دارد.» 

همان‌ گونه که مشاهده می‌کنید، بازار دستیابی به چنین محاسبات و کامپیوترهایی به‌شدت داغ است. البته این موضوع طبیعی است به‌دلیل اینکه قدرت رایانش کوانتومی تصورناپذیر است. به‌طور مثال، از این محاسبات می‌توان در زمینه روش شبیه‌سازی مونت‌کارلو نیز استفاده کرد.
روش‌های مونت‌کارلو عمدتاً به‌منظور شبیه‌سازی سامانه‌های فیزیکی، ریاضی و اقتصادی مورد استفاده قرار می‌گیرند. پیش‌بینی وضعیت بازار بورس، بازارهای مالی، ساخت داروها، مواد جدید، حل مسائل مربوط به فیزیک و... از جمله حوزه‌هایی است که رایانش کوانتومی قادر است به مشکلات آن‌ها رسیدگی کند. اما امنیت مهم‌ترین حوزه‌ای است که حرف و حدیث‌های بسیاری پیرامون آن در جریان است. رایانش کوانتومی به دو شکل در این حوزه مورد استفاده قرار خواهد گرفت. در حالت اول از این مدل محاسبات برای شکستن هرگونه گذرواژه‌ و رمزنگاری می‌توان استفاده کرد. در نتیجه، هیچ سامانه امروزی در درازمدت قادر نخواهد بود در برابر آن ایستادگی کند. اما در حالت دوم رایانش کوانتومی این پتانسیل را تا رمزنگاری‌های مافوق تصور پیاده‌سازی کند. 

حوزه مهم دیگری که به‌واسطه رایانش کوانتومی به تحول بزرگی دست پیدا خواهد کرد هوش مصنوعی است. هوش مصنوعی که این روزها حرف‌‌های بسیاری پیرامون آن در جریان است، به‌واسطه رایانش کوانتومی به چنان پیشرفتی نائل خواهد شد که به‌راحتی بشریت را به‌سمت تکینگی(رسیدن هوش مصنوعی به هوش انسانی) سوق خواهد داد.

پیش‌بینی وضعیت بازار بورس، بازارهای مالی، ساخت داروها، مواد جدید، حل مسائل مربوط به فیزیک و غیره از جمله حوزه‌هایی است که رایانش کوانتومی قادر است به مشکلات آن‌ها رسیدگی کند.

 بر همین اساس و با توجه به اهمیت این مدل محاسبات، در پرونده ویژه بهمن ‌ماه تصمیم گرفتیم، محاسبات کوانتومی و دستاوردهایی که در این زمینه به‌وجود آمده‌اند را مورد بررسی قرار دهیم. در این پرونده به شما نشان خواهیم داد، این مدل محاسبات چگونه قادر هستند اینترنت کوانتومی به‌وجود آورده، مراکز داده‌ها را دست‌خوش تغییرات اساسی ساخته، به پیشبرد هوش مصنوعی کمک کرده، دنیای امنیت را وارد دوران جدیدی کرده و در نهایت آینده بشریت را متحول خواهند ساخت. تمام این اتفاقات به‌واسطه عنصر کوچکی به‌نام کیوبیت‌ شکل خواهد گرفت.