مهروماه

ظاهراً رایانه کوانتومی گوگل قدرتمندتر از ابررایانه‌های برتر جهان است و عملکرد آن به تازگی این را اثبات کرده است. بعنوان مثال رایانه کوانتومی گوگل یک محاسبه را که ابررایانه شرکت IBM موسوم به “سامیت”(Summit) طی ۱۰ هزار سال انجام می‌دهد، را فقط در ۳ دقیقه و ۲۰ ثانیه انجام داده است!

همانطور که توسط دانشمندان گوگل بیان شده است، گوگل موفق به انجام آزمایش اولین محاسباتی شده است که فقط می‌تواند بر روی یک پردازنده کوانتومی انجام شود. رایانه گوگل در ابتدا در ماه مارس ۲۰۱۸ با قدرت محاسباتی ۷۲ کیوبیت رونمایی شد. محاسبات کوانتومی می‌تواند در نحوه برخورد ما با موضوعات و معضلات جهانی و پروژه‌های تحقیقاتی مورد استفاده قرار گیرد و رویکرد ما را به کلی تغییر دهد.

به گفته این پژوهشگران، اینکه کامپیوترهای کوانتومی امروز محاسباتی را انجام می‌دهند که قبلا غیرممکن بود، به معنای «برتری کوانتومی» است. در این مقاله آمده است: «این افزایش سرعت چشمگیر نسبت به تمام الگوریتم‌های شناخته شده کلاسیک، تحقق آزمایشی برتری کوانتومی را در انجام یک کار محاسباتی نشان می‌دهد و از ظهور یک الگوی رایانش که مدت‌ها انتظارش را می‌کشیدیم، خبر می‌دهد. تا جایی که می‌دانیم، این آزمایش نخستین محاسبه‌ای است که تنها توسط یک پردازنده کوانتومی قابل انجام است.»

به گفته پژوهشگران، این سیستم تنها قادر به انجام یک محاسبه فوق تکنیکی است و هنوز با استفاده از دستگاه‌های کوانتومی برای حل مسائل علمی سال‌ها فاصله دارد. با این حال محققان گوگل از این کامپیوتر با عنوان «نقطه عطفی در مسیر رایانش کوانتومی در مقیاس کامل»، یاد می‌کنند.

مسابقه دستیابی به “برتری کوانتومی”(quantum supremacy) در حال برگزاری است. شرکت‌ها و دولت‌ها به طور یکسان مشتاق هستند که بتوانند روی یک کامپیوتر کوانتومی کاملاً کاربردی دست پیدا کنند. اما چرا؟ محاسبات کوانتومی می‌تواند پیامدهای بسیار شگرفی در هر چیز دنیای دیجیتال امروز از هوش مصنوعی گرفته تا توسعه داروها داشته باشد. با این حال به نظر می‌رسد این رقابت برای دستیابی به برتری کوانتومی، یک رهبر پیدا کرده است. گزارش‌ها و ادعای خود گوگل نشان می‌دهد که این غول فناوری به “برتری کوانتومی” رسیده است.

ممکن است اصطلاح محاسبات کوانتومی را شنیده باشید و تصور کنید که این موضوع مربوط به فیلم‌های علمی-تخیلی باشد. اما محاسبات کوانتومی یک چیز واقعی است و مردم از به حقیقت پیوستن آن هیجان‌زده خواهند شد. به طور خلاصه، محاسبات کوانتومی از پدیده گیج‌کننده مکانیک کوانتومی برای تأمین نیروی محاسباتی فوق العاده خود بهره می‌برد. یک رایانه کوانتومی می‌تواند به راحتی از برخی از ابررایانه‌های برتر جهان پیشی بگیرد و این قدرت پردازش را مدیون کیوبیت‌های عجیب و غریب است.

رایانه‌های کنونی از بیت‌ها استفاده می‌کنند که جریانی از پالس‌های الکتریکی یا نوری نمایانگر ۱ یا ۰ هستند. در پردازش کوانتومی یک کیوبیت یا بیت کوانتومی واحد پایه‌ای پردازش کوانتومی و رمزنگاری کوانتومی بوده و مشابه بیت در رایانه‌های کلاسیک می‌باشند که کوچکترین واحد ذخیره اطلاعات و معیاری از مقدار اطلاعات کوانتومی است.

از نظر فیزیکی، کیوبیت یک سامانه کوانتومی دوحالتی است، یعنی سیستمی که توسط مکانیک کوانتومی به درستی قابل توصیف است و هنگام اندازه‌گیری یکی از دو حالت ممکن خود را اختیار می‌کند. مانند قطبش یک فوتون که در اینجا، جهتِ قطبشِ عمودی و جهتِ قطبشِ افقی دو حالت ممکن برای سامانه هستند.

در یک سامانه کلاسیک، هر بیت در هر لحظه یا در حالت صفر یا در حالت یک است، اما اصل‌های مکانیک کوانتومی به کیوبیت اجازه می‌دهند که در همان حال، حالتی را برابر با برهم‌نهی دو حالت اصلی نیز اختیار کند، یک ویژگی که در پردازش کوانتومی بنیادی است. به عبارتی، یک کیوبیت هم ممکن است در حالت‌های کلاسیک صفر و یک وجود داشته باشد و هم می‌تواند در حالت ترکیب این دو قرار گیرد(یعنی همزمان دارای هر دو حالت صفر و یک باشد). در واقع همین پدیده، تفاوت اصلی بین بیت‌های کلاسیک و کیوبیت‌ها است. انتقال کیوبیت‌ها بنیان دانش دورنوردی کوانتومی است.

معمولاً ذرات زیر اتمی مانند الکترون یا فوتون و کیوبیت‌ها می‌توانند به صورت گروهی به هم متصل شوند که امکان پردازش بیشتری از بیت‌های باینری را فراهم می‌کند. یکی از این خصوصیات به عنوان برهم‌نهی(superposition) و دیگری به نام درهم‌تنیدگی(entanglement) شناخته می‌شود.

در هم تنیدگی کوانتومی می‌گوید «در سامانه‌های مرکب با وضعیت‌هایی مواجه می‌شویم که در آن اجزای سامانه دارای هیچ ویژگی نیستند بلکه فقط سامانهٔ کل دارای دسته‌ای از ویژگی‌ها است». به زبان ساده و به عنوان اولین مثال تاریخی، درهم‌تنیدگی، جفت شدن خواص مکانیکی دو ذره است، ذراتی که پیش‌تر با یکدیگر در اندرکنش بوده و سپس از یک دیگر جدا شده‌اند.

درهم تنیدگی برای ذراتی همچون فوتون‌ها، الکترون‌ها و حتی مولکول‌ها رخ می‌دهد. این اندرکنش فیزیکی مربوط به خواصی نظیر مکان، تکانه، چرخش، قطبش و غیره است به گونه‌ای که با تعیین هر یک از خواص برای یکی از دو ذره همان خاصیت در دیگری تعیین می‌شود. به عبارت دیگر هر یک از ذرات جفت شده به خوبی توسط حالت کوانتومی مشابه توصیف می‌شوند.