تراشه کوانتومی ویلو
گوگل به تازگی از تراشهای به نام تراشه کوانتومی ویلو رونمایی کرده است که به ادعای این شرکت، قادر است مسئلهای را در عرض تنها پنج دقیقه حل کند؛ مسئلهای که سریعترین ابررایانههای کنونی جهان برای حل آن چندین هزار سال زمان نیاز دارند. این تراشه نوآورانه، آخرین دستاورد در حوزه محاسبات کوانتومی است؛ حوزهای که دانشمندان در آن به دنبال ساخت رایانههایی با قدرت پردازشی فوقالعاده بالا از طریق بهرهگیری از اصول فیزیک ذرات هستند. گوگل این تراشه را ویلو نامیده و معتقد است که این دستاورد، گامی بزرگ به سوی ساخت یک کامپیوتر کوانتومی عملیاتی در مقیاس بزرگ است. با این حال، کارشناسان هشدار میدهند که ویلو (Willow) هنوز در مراحل اولیه توسعه قرار دارد و برای ساخت یک کامپیوتر کوانتومی که بتواند طیف گستردهای از مسائل پیچیده را حل کند، به زمان و سرمایهگذاری قابل توجهی نیاز است.
چالش محاسبات کوانتومی
کامپیوترهای کوانتومی با بهرهگیری از اصول مکانیک کوانتومی، رویکردی کاملا متفاوت نسبت به رایانههای کلاسیک دارند. این فناوری نوظهور با سرعت پردازش بسیار بالاتر، نویدبخش حل مسائل پیچیدهای است که برای رایانههای سنتی غیرممکن یا زمانبر است. از جمله کاربردهای بالقوه کامپیوترهای کوانتومی میتوان به تسریع فرآیند کشف داروهای جدید و طراحی مواد پیشرفته اشاره کرد. با این حال، این فناوری قدرتمند نگرانیهایی را نیز به همراه دارد؛ از جمله احتمال استفاده سوء از آن برای شکستن رمزنگاریهای قوی و تهدید امنیت اطلاعات. به همین دلیل، شرکتهایی مانند اپل اقداماتی را برای ایمنسازی سیستمهای خود در برابر حملات احتمالی کوانتومی انجام میدهند. گوگل نیز با معرفی تراشه کوانتومی ویلو گامی مهم در این مسیر برداشته است. اگرچه این تراشه هنوز در مراحل اولیه توسعه قرار دارد، اما پتانسیل بالایی برای کاربردهای عملی در آینده نزدیک دارد. به گفته سرپرست آزمایشگاه هوش مصنوعی کوانتومی گوگل، ویلو در ابتدا برای شبیهسازی سیستمهای کوانتومی و حل مسائلی مانند طراحی راکتورهای همجوشی هستهای و توسعه داروهای جدید مورد استفاده قرار خواهد گرفت. با این حال، محققان معتقدند که تجاریسازی کامل این فناوری و دسترسی عموم به کامپیوترهای کوانتومی قدرتمند، حداقل یک دهه زمان خواهد برد.
کامپیوتر کوانتومی چیست؟
کامپیوترهای کوانتومی، تحولی عظیم در دنیای فناوری به شمار میروند و همانگونه که اشاره شد، رویکردی کاملا متفاوت نسبت به رایانههای کلاسیک دارند. اگر رایانههای کلاسیک را به ارابهای تشبیه کنیم که با سرعت مشخصی حرکت میکند، کامپیوترهای کوانتومی مانند ماشینهای اسپرت پرسرعتی هستند که مرزهای سرعت را جابهجا میکنند. هر دو نوع رایانه اطلاعات را پردازش میکنند، اما روش کار آنها کاملا متفاوت است. در حالی که رایانههای کلاسیک از بیتهایی استفاده میکنند که تنها میتوانند یکی از دو حالت صفر یا یک را داشته باشند، کامپیوترهای کوانتومی از کیوبیتها بهره میبرند. کیوبیتها میتوانند همزمان در چندین حالت وجود داشته باشند که این ویژگی به آنها قدرت پردازشی بسیار بالاتری نسبت به بیتها میدهد.
به عبارت دیگر، کیوبیتها امکان ذخیرهسازی حجم بیشتری از اطلاعات در فضای کمتری را فراهم میکنند و در نتیجه، سرعت پردازش دادهها به طور چشمگیری افزایش مییابد. با این حال، توسعه و تجاریسازی کامپیوترهای کوانتومی با چالشهای فنی زیادی همراه است. ماهیت کیوبیتها بسیار حساس و شکننده است و کوچکترین تداخل خارجی میتواند بر عملکرد آنها تأثیر بگذارد. به همین دلیل، ساخت کامپیوترهای کوانتومی پایدار و قابل اعتماد، فرایندی پیچیده و زمانبر است. اگرچه پیشرفتهای قابل توجهی در این زمینه حاصل شده است، اما هنوز راه زیادی تا تجاریسازی گسترده این فناوری باقی مانده است. به احتمال زیاد، در آینده نزدیک، کامپیوترهای کوانتومی بیشتر در زمینههای تخصصی مانند شبیهسازی مواد جدید، رمزنگاری و هوش مصنوعی مورد استفاده قرار خواهند گرفت. با این حال، پتانسیل بالای این فناوری برای متحول کردن بسیاری از صنایع، آن را به یکی از جذابترین حوزههای تحقیقاتی تبدیل کرده است.
گوگل در مسیر تاریخسازی
آقای نِوِن، سرپرست آزمایشگاه هوش مصنوعی کوانتومی گوگل، با اطمینان ادعا میکند که ویلو، جدیدترین تراشه کوانتومی آنها، بهترین پردازنده کوانتومی ساخته شده تا به امروز است. این ادعا بر اساس عملکرد ویلو در حل یک مسئله خاص کوانتومی است که برای رایانههای کلاسیک بسیار زمانبر است. با این حال، پروفسور آلن وودوارد، کارشناس علوم کامپیوتر، نسبت به این ادعاها ابراز احتیاط میکند. او معتقد است که اگرچه ویلو پیشرفت قابل توجهی در زمینه تصحیح خطا نشان میدهد، اما مقایسه مستقیم آن با رایانههای کلاسیک در همه زمینهها صحیح نیست. یکی از چالشهای اصلی در توسعه کامپیوترهای کوانتومی، مدیریت خطاهای ناشی از طبیعت شکننده کیوبیتها است.
گوگل ادعا میکند که در تراشه ویلو، با افزایش تعداد کیوبیتها، میزان خطا کاهش مییابد که دستاوردی بسیار مهم محسوب میشود. این پیشرفت را میتوان با افزایش ایمنی هواپیما با افزودن موتورهای بیشتر مقایسه کرد. با این حال، پروفسور وودوارد تاکید میکند که برای ساخت کامپیوترهای کوانتومی کاملا کاربردی، میزان خطا باید به مراتب کمتر از سطح فعلی باشد. در مجموع، اگرچه ویلو نشاندهنده پیشرفت قابل توجهی در حوزه محاسبات کوانتومی است، اما هنوز راه زیادی تا تجاریسازی این فناوری و استفاده گسترده از آن در کاربردهای مختلف باقی مانده است.
ویلو مرزها را در هم میشکند
ویلو، آخرین دستاورد گوگل در حوزه محاسبات کوانتومی، در کارخانه تولیدی جدید این شرکت در کالیفرنیا ساخته شده است. رقابت جهانی برای توسعه کامپیوترهای کوانتومی بسیار شدید است و کشورها و شرکتهای مختلف سرمایهگذاریهای هنگفتی در این حوزه انجام میدهند. بریتانیا نیز با راهاندازی مرکز ملی محاسبات کوانتومی (NQCC) به این رقابت پیوسته است. اگرچه مدیر این مرکز، مایکل کاتبرت، موفقیت تراشه ویلو را چشمگیر میداند، اما معتقد است که نباید این دستاورد را بزرگنمایی کرد و باید آن را بیشتر یک نقطه عطف در مسیر توسعه کامپیوترهای کوانتومی دانست. وی معتقد است که کامپیوترهای کوانتومی در آینده قادر خواهند بود در حل مسائل پیچیدهای مانند بهینهسازی مسیرهای توزیع و مدیریت شبکههای انرژی نقش موثری ایفا کنند. در همین حال، محققان دانشگاه آکسفورد و دانشگاه اوزاکا موفق به دستیابی به پیشرفتی قابل توجه در زمینه کاهش نرخ خطا در کیوبیتهای یون به دام افتاده شدهاند. این دستاورد میتواند به توسعه کامپیوترهای کوانتومی که در دمای اتاق کار میکنند، کمک کند. این در حالی است که تراشه ویلو نیازمند محیطی با دمای بسیار پایین برای عملکرد صحیح است.
نویسنده: حمیدرضا تائبی