چالش دستیابی پژوهشگران گوگل به برتری کوانتومی
سازندگی نوشت: مقاله‌ای که اخیرا به بیرون درز کرده حکایت از آن دارد که شرکت گوگل ظاهرا توانسته به نقطه عطفی موسوم به «برتری کوانتومی» (Quantum Supremacy) دست یابد. این اصطلاح به شرایطی اشاره دارد که در آن یک کامپیوتر کوانتومی بتواند محاسبه‌ای را انجام دهد که حتا قوی‌ترین ابرکامپیوترهای جهان نیز از انجامش عاجز هستند. این هدف به نوعی جام مقدس پژوهشگران بوده است و دستیابی به آن عملا می‌تواند به معنی سرآغاز دوران نوین محاسبات کوانتومی باشد. البته این هدف تا حد زیادی سمبلیک نیز هست: محاسبه مورد اشاره در ماجرای اخیر هیچ هدف کاربردی خاصی ندارد و عامدانه طوری طراحی شده است که برای کامپیوترهای کلاسیک دشوار باشد، کامپیوترهایی که محاسباتشان ریشه در فیزیک کوانتومی ندارد.
بیستم سپتامبر نشریه فایننشیال تایمز گزارش کرد در یک مقاله علمی که برای مدتی در یکی از وبسایتهای ناسا منتشر و سپس به سرعت برداشته شد، ادعا شد گوگل موفق به ساخت یک کامپیوتر کوانتومی شده که به برتری کوانتومی دست یافته است. این هدفی است که پژوهشگران کوانتومی این شرکت به سرپرستی جان مارتینیس (J.Martinis)، فیزیکدان دانشگاه کالیفرنیا، سالهاست در پی آن هستند. نسخه پیشنویسی از این مقاله که به صورت ناشناس در وبسایت Pastebin منتشر شده اکنون در میان دانشمندان و توئیتر دست به دست می‌شود. گوگل هنوز واکنشی به این ماجرا نشان نداده و سخنگوی این شرکت نیز از پاسخ دادن به پرسش خبرنگاران طفره رفته است.
برتری یا مزیت
بر‌اساس نسخهای از این مقاله که در وبسایت Pastebin منتشر شده، گوگل توانسته یک کامپیوتر کوانتومی موسوم به «سایکامور» (Sycamore) با ۵۴ کیوبیت (بیتهای کوانتومی) بسازد که ۵۳ تا از آنها کار میکنند. ظاهرا پژوهشگران گوگل با استفاده از این کامپیوتر مجموعه عملیاتی را ظرف ۲۰۰ ثانیه انجام داده‌اند که اجرای آنها برای یک ابرکامپیوتر چیزی حدود ۱۰ هزار سال طول می‌کشد.
این محاسبات شامل اجرای عملیاتهای تصادفی روی کیبوبیتها و خواندن نتایج بوده است. پژوهشگران پس از انجام چندین و چند‌باره این محاسبات به مجموعهای تقریبا تصادفی از اعداد رسیدند که بازتولید آن توسط یک کامپیوتر کلاسیک بینهایت دشوار است. با وجود اینکه «برتری کوانتومی» عملا کاربرد مشخصی ندارد اما همواره به‌عنوان یک سدشکنی بزرگ در مسیر تلاش برای دستیابی به کامپیوترهای کوانتومی کاربردی تلقی شده است، کامپیوترهایی که در‌نهایت می‌توانند از پس محاسبات سودمندی برآیند که انجامشان برای کامپیوترهای کلاسیک ناممکن است. در بخشی از پیشنویس منتشرشده مقاله نوشته شده است: «این افزایش چشمگیر سرعت نسبت به تمام الگوریتمهای کلاسیک شناختهشده، به معنی تحقق عملی برتری کوانتومی در یک وظیفه محاسباتی است و نوید ظهور پارادایم محاسباتی جدیدی را می‌دهد که به‌شدت چشمانتظارش بودهایم.»
کامپیوترهای کوانتومی شاید روزی بتوانند تکنیکهای رمزگذاری مورد استفاده برای ایمن کردن برخی نقل و انتقالها از‌جمله تراکنشهای مالی را که توسط کامپیوترها انجام میشوند، شکست دهند. اما برای دستیابی به چنین پیشرفتی این ماشینها باید بتوانند با کیوبیتهای بسیار بیشتری کار کنند و شاید مهمتر از آن باید به روشی برای اصلاح خطاها دست یابند که در واقع نفرین ناگزیر محاسبات کوانتومی است. جاناتان اپنهایم (J.Oppenheim)، فیزیکدان دانشگاه کالج لندن، در حساب توئیترش دربارهی این ماجرا نوشت: «با اینکه این یک نقطه عطف است اما از یک کامپیوتر کوانتومی که بتواند چیزهای مفیدی را محاسبه کند، فاصله بسیار زیادی دارد.»
در صورت درستی خبرهای اخیر گوگل دستیابی به چنین نقطه عطفی اساسا چقدر مهم است؟ پاسخ سرراست مساله این است: خیلی. یک هفته پیش از انتشار خبرهای مقاله جدید گوگل در کنفرانسی که توسط نشریه MIT Technology Review درباره محاسبات کوانتومی برگزار شد، ویل اولیور (W.Oliver)، استاد دانشگاه موسسه فناوری ماساچوست (امآیتی) و متخصص فناوریهای کوانتومی، این نقطه عطف محاسباتی را به نخستین پرواز هواپیمای کیتی هاوک برادران رایت در تاریخ هوانوردی تشبیه کرد. او گفت دستیابی به چنین چیزی باعث افزایش انگیزه در این حوزه پژوهشی خواهد شد و به ماشینهای کوانتومی کمک میکند تا بسیار سریعتر از آنچه میپنداریم به نویدهایشان تحقق ببخشند. توان محاسباتی عظیم این ماشینها سرانجام می‌تواند به پژوهشگران و شرکتها کمک کند داروها و مواد جدیدی کشف کنند و نوعی از هوش مصنوعی را بسازند که در مقایسه با شکل کنونیاش انگار به توربوشارژر مجهز هستند.
اما بسیاری از پژوهشگران از جمله اپنهایم بر این باورند که «برتری کوانتومی» اساسا معیار مفیدی نیست. به گفته داریو گیل (D.Gil)، مدیر پژوهش شرکت آی‌بی‌ام، «صرفا یک آزمون آزمایشگاهی که اساسا برای اجرای یک رویه نمونهبرداری کوانتومی بسیار خاص بیهیچ کاربرد عملی مشخصی طراحی شده به این معنی نخواهد بود کامپیوترهای کوانتومی برتر از کامپیوترهای کلاسیک هستند.» آی‌بی‌ام نیز مدتهاست مسیر خودش را برای توسعه کامپیوترهای کوانتومی دنبال میکند و پژوهشگران این شرکت ترجیح میدهند به جای برتری کوانتومی درباره «مزیت کوانتومی» صحبت کنند. تعریف آنها از این عبارت نقطهای است که در آن «کاربردهای کوانتومی منجر به یک مزیت عملی و چشمگیر ورای توان کامپیوترهای کلاسیک شود.» نتیجه جدید که ظاهرا پژوهشگران گوگل به آن دست یافتهاند، بههیچوجه چنین استانداردی را تامین نمیکند. به گفته گیل «در واقع کامپیوترهای کوانتومی هرگز برتری مطلق‌شان را بر همتایان کلاسیک خود تحمیل نخواهند کرد، بلکه در عوض در قالب یک کنسرت مشترک با یکدیگر همنوازی میکنند. هریک از آنها قدرت و توانایی مخصوص به خودشان را دارند و برای بسیاری از مسائل، کامپیوترهای کلاسیک همچنان بهترین ابزار موجود خواهند بود.»
همهچیز در محاسبه خلاصه نمیشود
برای اینکه کامپیوترهای کوانتومی به جریان اصلی ماشینهای محاسباتی تبدیل شوند راه زیادی در پیش است. این ماشینها به‌شدت مستعد خطا هستند چراکه کمترین تغییری در دما یا ارتعاشی کوچک می‌تواند حالت کوانتومی بسیار ظریف و شکننده کیوبیتها را از بین ببرد. مکافات محاسبات کوانتومی موسوم به «ناهمدوسی» زمانی گریبانگیر می‌شود که عوامل محیطی حالت کوانتومی را درهم میشکنند. درهمتنیدگی با محیط بیرونی یا گرما از جمله این عوامل هستند که اصطلاحا به آنها «نویز» گفته می‌شود. اندازهگیری مقدار یک کیوبیت باعث فروریختن تابع موج می‌شود و کیوبیت را باید دوباره از نو برپا کرد، چیزی مثل زدن دکمه clear در ماشین حساب.
به خاطر درک ناقص ما از تمام این سازوکارهاست که با وجود عمیقتر شدن علم در دنیای کوانتومی هنوز محاسبات کوانتومی در مقیاس بزرگ همچنان از دسترس ما خارج است. علم ریشه در نظریه دارد که باید از طریق آزمایش مورد مشاهده قرار گیرد، آزمایشها و مشاهدات نیز منجر به اصلاح نظریه می‌شود و در ادامه آزمایشهای بیشتری تولید میکند. وقتی نتایج این فرآیند یکپارچه و منسجم شد، کاربردهای عملی در قالب فناوری ظهور میکند. پژوهشگران اکنون روی ماشینهایی کار میکنند که ساخت، مدیریت و افزایش مقیاسشان آسانتر است و برخی از این کامپیوترها نیز از طریق سرویسهای «محاسبات ابری» در دسترس هستند. اما بیشک هنوز با کامپیوترهای کوانتومی که بتوانند طیف وسیعی از مسائل را حل کنند فاصله زیادی داریم.
علت اینکه رسانههای عمومی بیشترین توجهشان را معطوف محاسبات کوانتومی کرده‌اند، ادعاهای گزافی است که دربارهی پتانسیلهای آن مطرح شده است: سیستمهای کنونی در زمینه امنیت سایبری را از رده خارج میکند؛ حجم عظیمی از دادهها را در یک چشم برهم زدن پردازش میکند؛ هوش مصنوعی را به جایی میرساند که از هوش انسان پیشی بگیرد. شاید برخی از آنها به حقیقت بپیوندد و برخی هم نه. اما تنها با تعهد راسخ به طیف گستردهای از پژوهشها در زمینه علوم کوانتومی می‌توان نتیجه کار را رقم زد. به‌هر‌حال این پژوهشها منجر به بینشهای غیرمنتظرهای خواهد شد، راهحلهای جدید برای چالشهای قدیمی ارائه می‌دهد و در نهایت به نفع توان رقابتی اقتصاد ملی، امنیت ملی و زندگی روزمره همه ما تمام می‌شود.
Sciencenews, Sep. ۲۲, ۲۰۱۹
MIT Technology Review, Sep. ۲۱, ۲۰۱۹
کشف هزاره؛ دانشمندان گوگل رویای ساخت کامپیوتر کوانتومی را به واقعیت تبدیل کردند
یورونیوز: خبر ساخت کامپیوتر کوانتومی توسط دانشمندان شرکت گوگل، جهان فناوری را در شگفتی فرو برده است.
روز جمعه نشریه فایننشال تایمز گزارش کرد که بر طبق مقاله‌ای از محققان گوگل، پس از سال‌ها رویای ساخت کامپیوتر کوانتومی تحقق یافته است. امری که شماری از دانشمندان آن را «کشف هزاره» لقب داده‌اند.
گزیده‌ای از مقاله منتشره توسط محققان گوگل که به رویت نشریه فایننشال تایمز رسیده است، در اوایل هفته جاری روی سایت ناسا منتشر شد اما مدتی بعد از روی سایت برداشته شد.
پژوهشگران گوگل ادعا کرده‌اند پردازشگر کامپیوتر کوانتومی ساخته آنها می‌تواند محاسبه‌ای را که با پیشرفته‌ترین کامپیوتر حال حاضر جهان، موسوم به «سامیت»، ۱۰ هزار سال طول می‌کشد در ۳ دقیقه و ۲۰ ثانیه انجام دهد.
قوی‌ترین ابررایانه فعلی جهان موسوم به «Summit» محصول شرکت آی‌بی‌ام آمریکا است و حدود ۲۷ هزار پردازنده گرافیکی به همراه ۲۰۰ هزار هسته پردازنده در آن به کار رفته است. پیش‌تر گمان می‌رفت کامپیوتر کوانتومی در صورت ابداع باید از ماشین پردازشگر قدرتمندی به اندازه «یک زمین فوتبال» برخوردار باشد.
محققان گوگل در مقاله خود اعلام کرده‌اند که با فناوری جدید، به مرز «برتری کوانتومی» رسیده‌اند. آنچه محققان گوگل به آن «برتری کوانتومی» نام داده‌اند، نوعی از محاسبات است که می‌تواند نمونه کامپیوترهای کلاسیک را با فاصله پشت سر بگذارد.
در واقع در کامپیوترهای کلاسیک، هر واحد اطلاعات که یک بیت نامیده می‌شود دارای ارزش صفر یا ۱ است. اما در کامپیوتر کوانتومی هر بیت می‌تواند صفر و همزمان ۱ باشد و چنین چیزی اجازه می‌دهد تا امکان محاسبه چندجانبه و همزمان فراهم شود.
اگر کامپیوترهای کوانتومی در مقیاس بالا ساخته شوند، آنگاه می‌توان گفت دستاوردهای غول آسا توسط بشر دست یافتنی خواهد شد و انتظار می‌رود مرزهای دانش و پیشرفت انسانی یکی پس از دیگری فرو بریزد. این امر به دلیل قابلیت پیشرفته این کامپیوترهاست.
در واقع کامپیوترهای کوانتومی می‌توانند میلیون‌ها حالت یک مسئله را در کسری از ثانیه بررسی و محاسبه کنند. امری که در علوم ریاضی، شیمی، فیزیک و زیست شناسی تا کنون امکان پذیر نبوده است.
شرکت گوگل از زمان درز خبر، از ارائه هرگونه توضیح بیشتری در خصوص کامپیوترهای کوانتومی خودداری کرده است.
انتهای پیام
