برتری کوانتومی در یک قدمی گوگل
گوگل کمتر از هشت ماه دیگر دنیای محاسبات را متحول خواهد ساخت
جان مارتینیس و تیم تحت سرپرستی او تنها چند ماه تا رسیدن به قله‌های موفقیت فاصله دارند. پردازنده‌ای که تا چند ماه دیگر از سوی این تیم رونمایی خواهد شد، نقطه عطفی در تاریخ محاسبات را رقم خواهد زد. اگر پرونده ویژه کوانتومی ماهنامه شبکه که سال گذشته منتشر را مطالعه کرده باشید، در آن پرونده به شما گفتیم که مارتینیس به دنبال آن است تا یک تراشه کوانتومی 49 کوبیتی را طراحی کند. او اکنون به دنبال اجرایی کردن گفته‌های خودش است.

مارتینیس مسئولیت هدایت یک گروه تحقیقاتی در شرکت گوگل را عهده‌دار است. تیم تحت سرپرستی مارتینیس به طور شبانه‌روز مشغول کار هستند تا یکی از حیرت‌انگیزترین تراشه‌های کامپیوتری عصر محاسبات را طراحی کنند. تراشه‌ای که به طور کامل قادر به دستکاری داده‌های کوانتومی بوده و بر مبنای قوانین فیزیک کوانتوم کار می‌کند.

مطلب پیشنهادی

رایانش کوانتومی چیست و اساس کار آن چگونه است؟
محاسبات کوانتومی از تئوری تا واقعیت

مارتینیس در این ارتباط گفته است: «در پایان سال جاری میلادی موفق به ساخت دستگاهی خواهیم شد که برتری کوانتومی را از آن ما خواهد کرد. به این معنا که این دستگاه قادر خواهد بود محاسبات ویژه‌ای که امروزه فراتر از توان کامپیوترهای معمولی بوده و کامپیوترهای مرسوم امروزی از اجرای آن‌ها ناتوان هستند را بدون هیچ‌گونه مشکلی انجام دهد. برای اثبات این موضوع تراشه ساخت گوگل با یکی از بزرگ‌ترین ابرکامپیوترهای حال حاضر جهان به رقابت خواهد پرداخت. در واقع، هم اکنون نیز برای برگزاری چنین آزمایشی آماده هستیم. این کاری است که ما از عهده انجام آن بر می‌آییم.»

یکی از دلایلی که باعث شده است مارتینیس با چنین اعتماد به نفس بالایی این سخن را به زبان آورد در این واقعیت مستتر شده است که شرکت گوگل در مقطع فعلی نیز یک تراشه کوانتومی در اختیار دارد. اما تراشه جدید دارای یکسری ویژگی‌های منحصر به فرد بوده که به لطف همکاری یک گروه 25 نفری از بهترین متخصصان طراحی شده است. ویژگی‌هایی که به طور خاص به این تراشه اجازه می‌دهند با قدرتمندترین کامپیوتر جهان به رقابت بپردازد. تراشه‌های کوانتومی صفر و یک‌های دیجیتالی را در قالب کوبیت‌ها نشان داده و از آن‌ها استفاده می‌کنند. مکانیزیم پردازشی دستگاه‌های کوانتومی به این شکل است که یکسری از محاسبات خود را بر خلاف قوانین فیزیک کلاسیک و بر پایه قوانین مکانیک کوانتوم انجام می‌دهند. همین موضوع باعث شده است تا این کامپیوترها در انجام محاسبات پیچیده مشکلی نداشته باشند. درست به همان شکلی که سال گذشته میلادی، محاسبات مربوط به یک آزمایش شیمی را بدون هیچ‌گونه مشکلی انجام دادند.

مطلب پیشنهادی

کوانتوم محدودیت‌ها را درهم می‌شکند
مقدمه پرونده ویژه کامپیوترهای کوانتومی

تا به امروز پژوهش‌گران نشان داده‌اند که تراشه‌های کوانتومی بر مبنای گروه‌های کوچکی از کوبیت‌ها قادر به انجام محاسبات هستند. گوگل چندی پیش نتایج آزمایش یک تراشه 6 کوبیتی را منتشر کرد. اما مارتینیس می‌گوید: «برای آن‌که بتوانیم به برتری کوانتومی دست پیدا کنیم به شبکه‌ای از 46 کوبیت نیاز داریم.» جدیدترین تراشه کوانتومی که گوگل تا به امروز موفق به ساخت آن شده است تنها 6 کوبیت دارد. تراشه‌ای که آرایش کوبیت‌های آن به صورت 2 در 3 پیکربندی شده‌اند. مارتینیس می‌گوید: «تراشه فوق نشان می‌دهد فناوری که گوگل در اختیار دارد به این شرکت اجازه می‌دهد تا کوبیت‌ها را در کنار هم قرار داده و از آن‌ها استفاده کند. فناوری که برای ساخت دستگاه‌هایی در مقیاس بزرگ می‌توان از آن استفاده کرد.» این‌گونه به نظر می‌رسد که هدف اصلی گوگل از طراحی و آزمایش تراشه 6 کوبیتی در اصل دست یافتن به راهکاری بوده است که بر مبنای آن بتواند تراشه‌های کوانتومی بزرگ‌تر را تولید کند.

تکنیکی که گوگل در ساخت این تراشه از آن استفاده کرده به این شکل عمل می‌کند که کوبیت‌ها و سیم‌کشی مداری که این کوبیت‌ها را کنترل می‌کند، روی تراشه‌های جداگانه‌ای قرار می‌گیرند که در ادامه بر مبنای تکنیک Bump Bonding به یکدیگر وصل می‌شوند. گوگل از دو سال پیش تا به امروز روی این تکنیک مشغول به کار بوده است. هدف از این پژوهش حذف خطوط کنترلی اضافی است که اغلب در تراشه‌های بزرگ‌تر از آن‌ها استفاده شده و باعث بروز تداخل در عملکرد کار کوبیت‌ها می‌شوند. مارتینیس می‌گوید: «سرانجام پس از دو سال تلاش مستمر مزد تلاش‌های خود را گرفتیم. اکنون می‌توانیم سریع‌تر از گذشته حرکت کنیم. از مدت‌ها قبل طراحی دستگاه‌هایی مشتمل بر 30 تا 50 کوبیت در دستور کار ما قرار داشت.»

او به طور خیلی مختصر در کنفرانس IEEE Techlgnite که در سان برونو کالیفرنیا برگزار شد، تصاویری از تراشه شش کوبیتی را به حضار نشان داد. اما اطلاعات فنی‌تر تراشه جدید هنوز از سوی هیچ‌یک از اعضا تیم او منتشر نشده است. امروزه شرکت‌های بزرگ دنیای فناوری به شدت در حال رقابت با یکدیگر هستند تا قدرتمندترین تراشه کوانتومی را در سریع‌ترین زمان طراحی کنند. مایکروسافت، آی‌‌بی‌ام و اینتل و حتا شرکت‌های نوبنیان به دنبال آن هستند تا بهترین کامپیوترهای کوانتومی را طراحی کنند. جالب‌تر آن‌که هر یک از شرکت‌های یاد شده بر مبنای فناوری متفاوتی در حال ساخت این کامپیوترها هستند.

سیمون گوستاوسون از پژوهشگران موسسه MIT  بر این باور است که فناوری گوگل در مقایسه با رقبای خود یک سر و گردن بالاتر است. پس از گوگل شرکت آی‌بی‌ام قرار دارد که در این زمینه پیشتاز شرکت‌ها بوده است. اما کریس مونرو، استاد دانشگاه مرلیند و همچنین بنیان‌گذار استارت‌آپ IonQ در این ارتباط گفته است: «به لحاظ دانشگاهی دستیابی به چنین موفقیتی نقطه عطفی خواهد بود. اما فراموش نکنید که برای گسترش‌پذیری و برنامه‌پذیری این تراشه هنوز هم راه طولانی پیش‌رو است.»

 

برچسب: