رایانه‌های کوانتومی آینده تحقیقات را متحول می کنند
پژوهشگران به بررسی مجدد رایانه‌های کوانتومی مبتنی بر بازپخت کوانتومی پرداختند و بر خلاف گذشته نسبت به آینده این ادوات خوش بینانه قضاوت کردند.
ابزارهای محاسباتی مرسوم به اندازه کافی برای حل برخی از مسائل بهینه‌سازی پیچیده مثل تاشدگی پروتئین قدرتمند نیستند. بازپخت کوانتومی (پیاده سازی کاملا موفق محاسبات کوانتومی آنالوگ)، روش محاسباتی کاملا عملی به ارمغان می‌آورد. سی سوزوکی از دانشگاه پزشکی سایتاما در ژاپن و آرناب داس از انجمن رشد علوم هندوستان این مورد را مورد بررسی قرار دادند و بر چالش‌های موجود بر سر راه بازپخت کوانتومی متمرکز شدند. مجموعه‌ای از تحلیل‌های آنها در مباحث ویژه مجله فیزیک اروپا منتشر شده است. این رویکرد در صورت اثبات قابل دوام بودن آن تا حد زیادی می‌تواند قابلیت‌های شبیه‌سازی در مقیاس بزرگ را افزایش دهد و انقلابی در زمینه‌های مختلف تحقیقاتی، از زیست شناسی گرفته تا اقتصاد، پزشکی و علم مواد به پا کند.
چالش‌های بسیاری پیش روی بازپخت کوانتومی، نسخه آنالوگ محاسبات کوانتومی وجود دارد که به حل مسائل بهینه‌سازی ترکیبی کمک می‌کند.
یک شرکت کانادایی به نام دی-ویو در سال 2011 از رایانه کوانتومی خود به نام دی-ویو وان که عنوان «اولین رایانه تجاری قابل دسترس کوانتومی جهان» را داشت و از پردازندهٔ ۱۲۸ کیوبیتی برخوردار بود رونمایی کرد. در سال ۲۰۱۳ این شرکت اعلام کرد که طی همکاری بین ناسا، انجمن پژوهش فضایی دانشگاه‌ها و شرکت گوگل، آزمایشگاه هوش مصنوعی کوانتومی ایجاد کرده است که از رایانه کوانتومی ۵۱۲ کیوبیتی دی-ویو تو برای پژوهش در زمینه هوش مصنوعی، یادگیری ماشینی، مسئله بهینه‌سازی و تولید نسل جدید رایانه‌های هوشمند و پیشرفته استفاده می‌کند. پردازنده دی-ویو تو به طور تخصصی برای اجرای فرآیند بازپخت کوانتومی طراحی شده بود که روشی برای یافتن تابعی ریاضی با کمترین میزان پیچیدگی در جهان است. برعکس رایانه‌های کوانتومی مرسوم، که در سرتاسر محاسبات در حالت کوانتومی شکننده‌ای نگه داشته می‌شوند، بازپخت کوانتومی گذاری از حالت کوانتومی به حالت کلاسیک را میسر می‌کند. در نتیجه احتمال می‌رفت رویکرد دی-ویو نسبت به نویز، که می‌تواند محاسبات کوانتومی مرسوم را مختل کند، ایمن‌تر باشد. درهرحال، پردازنده بازپخت کوانتومی رایانه‌ای همگانی مانند رایانه‌های شخصی نیست و نمی‌توان آن را برای اجرای گستره‌ای از وظایف برنامه‌ریزی کرد.
داس توضیح می‌دهد: « برخلاف رایانه‌های مرسوم که مقدار هر بیت می‌تواند یک یا صفر باشد، یک کیوبیت در رایانه کوانتومی می‌تواند مقادیر سوپرایمپوزیشن یا جمع آثار صفر و یک (حاصل ضرب صفر در یک، یک در یک، یک در صفر و صفر در صفر) را اختیار کند، مانند سوئیچی که مرتب روشن و خاموش می‌شود.»
سوزوکی می‌گوید: « مشکل موجود این است که محاسبات با استفاده از مکانیک کوانتومی به لحاظ فنی دشوار است و تا همین اواخر تصور می‌شد که غیر واقعی است.»
پیش از اختراع ماشین آلات دی-ویو، تحقق و دستکاری چنین حالت سوپرایمپوزی (برهم نهی) در سخت افزار واقعی و با اندازه چند کیوبیت (کمتر از ده کیوبیت) به نظر غیرممکن می‌رسید. از نظر داس تعامل با محیط پیرامون بود که باعث شد چنین حالت‌های برهم‌نهی عجیب به سرعت به حالت‌های عادی 0 یا 1 برگردند. سوزوکی خاطر نشان می‌کند: « دلیل این اتفاق نارسایی تکنیک‌هایی است که عناصر میکروسکوپی را کنترل و در مقابل اغتشاشات محفاظت می‌کنند است.»
اما هنوز گمانه‌زنی‌هایی در بین جامعه علمی مبنی بر این که تکنولوژی دی-ویو واقعا بازپخت کوانتومی ارایه می‌کند یا خیر، وجود دارد. داس توضیح می‌دهد: «لازم به ذکر است که آخرین بررسی‌های ما نشان می‌دهد، عملکرد رایانه‌های دی-ویو به عنوان رایانه‌های کوانتومی، اساسا بی‌نتیجه مانده است و دانشمندان نتوانسته‌اند به طور قطعی معلوم کنند که چنین دستگاهی واجد شرایط یک عنصر کوانتومی است.»
در اصل علم محاسبات کوانتوم بر مبنای علم مکانیک کوانتوم پایه‌ریزی شده است و در این علم، کوچکترین واحد اطلاعات، «کیوبیت» نام دارد که مخفف کوانتوم بیت است. رایانه‌های کوانتومی نیز بر اساس همین نظریه طراحی می‌شوند. از نقطه نظر محاسباتی، هیچ تفاوتی بین یک رایانه کوانتومی و مدل مبتنی بر ترانزیستور آن وجود ندارد. زیرا رایانه‌های کوانتومی نیز بر اساس چهار عمل اصلی یعنی جمع، تفریق، ضرب و تقسیم کار می‌کنند. تنها تفاوت عمده و بارز رایانه‌های کوانتومی در قدرت باورنکردنی آنها در انجام محاسبات گوناگون به شکل موازی و نهفته است.
No tags for this post.
