خبرگزاری دانشجورایانهی کوانتومی گوگل گامی بزرگ در فناوری برداشت
به گزارش گروه دانشگاه خبرگزاری دانشجو، برای تسریع پیشرفت‌ها در پزشکی و سایر حوزه‌ها، الگوریتم کوانتومی غول فناوری، با سرعتی ۱۳٬۰۰۰ برابر سریع‌تر از نرم‌افزار‌های نوشته‌شده برای ابررایانه‌های سنتی اجرا می‌شود.
میشل ه. دوورِه (Michel H. Devoret) یکی از سه فیزیکدانی است که امسال به‌دلیل مجموعه‌ای از آزمایش‌هایی که بیش از چهار دهه پیش انجام داده بودند، برنده‌ی جایزه نوبل فیزیک شد.
در دهه ۱۹۸۰، زمانی که دکتر دووره پژوهشگر پسادکترا در دانشگاه کالیفرنیا، برکلی بود، او کمک کرد نشان دهد که ویژگی‌های عجیب و قدرتمند مکانیک کوانتومی — شاخه‌ای از فیزیک که رفتار ذرات زیراتمی را بررسی می‌کند — می‌تواند در مدار‌های الکتریکی‌ای که با چشم غیرمسلح نیز قابل مشاهده‌اند، مشاهده شود.
این کشف که راه را برای تلفن‌های همراه و کابل‌های فیبر نوری هموار کرد، ممکن است در سال‌های آینده اهمیت بیشتری پیدا کند، زیرا پژوهشگران در حال ساخت رایانه‌های کوانتومی هستند که می‌توانند به‌طور چشمگیری از سامانه‌های رایانشی امروزی قدرتمندتر باشند. این امر می‌تواند منجر به کشف دارو‌ها و واکسن‌های جدید شود و همچنین روش‌های رمزنگاری‌ای را که اسرار جهان را محافظت می‌کنند، بشکند.
روز چهارشنبه، دکتر دووره و همکارانش در آزمایشگاه گوگل در نزدیکی سانتا باربارا، کالیفرنیا، اعلام کردند که رایانه کوانتومی آنها با موفقیت الگوریتم جدیدی را اجرا کرده است که می‌تواند پیشرفت‌ها در زمینه‌های کشف دارو، طراحی مواد جدید ساختمانی و سایر حوزه‌ها را تسریع کند.
به گفته‌ی مقاله‌ای که پژوهشگران گوگل در نشریه علمی Nature منتشر کردند، با بهره‌گیری از توانایی‌های خلاف‌مستقیم و شهودشکن مکانیک کوانتومی، ماشین گوگل این الگوریتم را ۱۳٬۰۰۰ برابر سریع‌تر از یک ابررایانه کلاسیک که کدی مشابه را در دنیای فیزیک کلاسیک اجرا می‌کرد، اجرا نمود.
دکتر دووره، که در سال ۲۰۲۳ به گوگل پیوست، گفت: «در آینده، زمانی که رایانه‌های کوانتومی بزرگ‌تری در اختیار داشته باشیم، قادر خواهیم بود محاسباتی را انجام دهیم که با الگوریتم‌های کلاسیک غیرممکن است.»
رایانش کوانتومی هنوز فناوری‌ای آزمایشی است. اما الگوریتم جدید گوگل با نام "Quantum Echoes" (پژواک‌های کوانتومی) نشان می‌دهد که دانشمندان به‌سرعت در حال بهبود روش‌هایی هستند که می‌تواند امکان حل مسائل علمی‌ای را فراهم کند که هیچ دستگاه محاسباتی سنتی قادر به انجام آن نیست.
پروفسور پرینه نارانگ (Prineha Narang)، استاد علوم فیزیکی و مهندسی برق و رایانه در دانشگاه کالیفرنیا، لس‌آنجلس، گفت: این یک پیشرفت فناورانه‌ی معنادار است. مدتی بود که نگران بودم پیشرفت الگوریتم‌ها با سخت‌افزار هم‌گام نشود. اما گوگل نشان داده که این‌طور نیست.»
پژوهش کوانتومی گوگل با دیگر غول‌های فناوری مانند مایکروسافت و آی‌بی‌ام، همچنین ده‌ها استارتاپ، دانشگاه و برنامه‌های شتاب‌گرفته در چین رقابت دارد. دولت چین بیش از ۱۵٫۲ میلیارد دلار در تحقیقات کوانتومی سرمایه‌گذاری کرده است.
در یک رایانه کلاسیک — مانند لپ‌تاپ یا تلفن هوشمند — تراشه‌های سیلیکونی اعداد را به‌صورت «بیت» ذخیره می‌کنند. هر بیت می‌تواند یا ۱ باشد یا ۰. تراشه‌ها با دست‌کاری این بیت‌ها — از طریق جمع، ضرب و ... — محاسبات انجام می‌دهند.
اما رایانه‌ی کوانتومی محاسبات را به روش‌هایی انجام می‌دهد که کاملاً برخلاف عقل سلیم است.
طبق قوانین مکانیک کوانتومی — فیزیک دنیای بسیار کوچک — یک جسم منفرد می‌تواند هم‌زمان مانند دو جسم جداگانه رفتار کند. با بهره‌گیری از این پدیده‌ی عجیب، دانشمندان می‌توانند بیت‌های کوانتومی یا «کیوبیت»ها بسازند که ترکیبی از ۱ و ۰ را به‌طور هم‌زمان در خود دارند.
به همین دلیل، هرچه تعداد کیوبیت‌ها افزایش یابد، توان محاسباتی رایانه‌ی کوانتومی به‌صورت نمایی (اُسی) رشد می‌کند.
در میانه دهه ۱۹۸۰، دکتر دووره به همراه دو پژوهشگر دیگر در برکلی، جان مارتینیس (John M. Martinis) و جان کلارک (John Clarke)، نشان دادند که ویژگی‌های عجیب مکانیک کوانتومی محدود به ذرات زیراتمی نیست، بلکه در مدار‌های الکتریکی نیز ظاهر می‌شود که می‌توان از آنها برای ساخت تراشه‌های رایانه‌ای استفاده کرد.
دکتر دووره گفت: «ما برای نخستین بار نشان دادیم که می‌توان از مدار‌های الکتریکی اتم ساخت.»
این کشف پایه‌گذار کیوبیت‌های ابررسانا شد که امروزه شرکت‌هایی مانند گوگل، آی‌بی‌ام و بسیاری دیگر برای راه‌اندازی رایانه‌های کوانتومی از آنها استفاده می‌کنند. این فناوری با سرد کردن فلزات خاصی تا دما‌های بسیار پایین انجام می‌شود تا آنها رفتاری مشابه ذرات زیراتمی از خود نشان دهند.
رایانه‌های کوانتومی امروزی هنوز خطا‌های زیادی دارند. اما به لطف پیشرفت‌های اخیر در اصلاح خطا (Error Correction) — روشی برای کاهش اشتباهات — بسیاری از دانشمندان اکنون باور دارند که این فناوری می‌تواند تا پایان این دهه به وعده‌های خود عمل کند.
گوگل سال گذشته اعلام کرد که رایانه‌ی کوانتومی‌اش توانسته است در کمتر از پنج دقیقه محاسبه‌ی ریاضی بسیار پیچیده‌ای را انجام دهد که به‌عنوان معیاری برای سنجش پیشرفت فناوری طراحی شده بود. در حالی که یکی از قدرتمندترین ابررایانه‌های غیرکوانتومی جهان حتی در ۱۰ سپتیلیون سال (عددی بسیار فراتر از سن جهان شناخته‌شده) نیز قادر به انجام آن نبود.
این لحظه‌ی تاریخی که به نام «برتری کوانتومی (Quantum Supremacy) شناخته می‌شود، نشان داد که فناوری کوانتومی در حال فراتر رفتن از توان رایانه‌های کلاسیک است. با این حال، محاسبه‌ای که ماشین گوگل انجام داد — مبتنی بر تراشه‌ای به نام Willow (بید) — کاربرد عملی نداشت.
گوگل و رقبای متعددش هنوز در تلاش‌اند تا لحظه‌ای را رقم بزنند که یک رایانه‌ی کوانتومی بتواند در حل مسائل واقعی در زمینه‌هایی، چون شیمی و هوش مصنوعی از رایانه‌های کلاسیک پیشی بگیرد.
دکتر نارانگ از UCLA گفت: «برای آنکه وعده‌ی رایانه‌های کوانتومی محقق شود، باید دارویی تولید کنیم که فقط به‌واسطه‌ی رایانه‌های کوانتومی ممکن بوده باشد. آنگاه می‌توان گفت تمام این سرمایه‌گذاری‌ها ارزشش را داشته است.»
الگوریتم جدید گوگل گامی در همان مسیر است. در مقاله‌ای دیگر که هم‌زمان روز چهارشنبه در سایت پژوهشی arXiv منتشر شد، گوگل نشان داد که الگوریتمش می‌تواند به بهبود روشی به نام رزونانس مغناطیسی هسته‌ای (NMR) کمک کند — تکنیکی که برای درک ساختار مولکول‌های بسیار کوچک و تعامل آنها با یکدیگر استفاده می‌شود.
NMR بخش حیاتی در تلاش برای توسعه‌ی دارو‌های جدید برای مبارزه با بیماری‌ها و نیز طراحی مواد نوین برای ساخت خودرو‌ها و ساختمان‌هاست. این روش می‌تواند به فهم بهتر بیماری‌هایی مانند آلزایمر کمک کند یا به خلق فلزات کاملاً جدید بینجامد.
آشوک اجوی (Ashok Ajoy)، استادیار شیمی در دانشگاه برکلی که متخصص NMR است و با پژوهشگران گوگل در این مقاله همکاری داشته، گفت: «این کار قدرت واقعی یک رایانه‌ی کوانتومی را نشان می‌دهد. هنوز در مراحل ابتدایی هستیم، اما چشم‌انداز‌ها بسیار هیجان‌انگیز است.»
