پتانسیل محاسبات کوانتومی به عنوان انقلابی مورد ستایش قرار گرفته است، که می تواند نحوه کار همه چیز در جهان ما را با یافتن راه حل هایی به طور تصاعدی سریعتر از قدرتمندترین ابررایانه های امروزی تغییر دهد.
اما از آنجایی که مدیران درآمدهای بالقوه‌ای را که کوانتوم می‌تواند ایجاد کند محاسبه می‌کنند و روزنامه‌نگاران برای یافتن راه‌های ساده برای توضیح فرآیندهای پیچیده پشت آن تلاش می‌کنند، فیزیکدانان کوانتومی به‌طور فزاینده‌ای از عدم درک رشته خود ناامید شده‌اند.
شوهینی گوس، فیزیکدان کوانتومی، استاد دانشگاه ویلفرد لوریر در کانادا، به یورونیوز نکست گفت: «محاسبات کوانتومی در واقع بسیار متفاوت از محاسبات معمولی ما است.
“فقط این نیست که این نسخه قدرتمندتر از آنچه امروز داریم است. در واقع یک چارچوب کاملاً متفاوت برای خود محاسبات است.”
توضیح این چارچوب با قیاس های ساده و معیارهای آشنا دشوار است.
یک کامپیوتر کوانتومی X برابر قدرتمندتر از یک کامپیوتر معمولی نیست. این رئال مادرید برای تیم فوتبال فرزند شما نیست. یک کامپیوتر کوانتومی در حال انجام یک بازی کاملا متفاوت است.
گوس گفت: «اینطور نیست که یک کامپیوتر کوانتومی در هر کاری بهتر باشد و به نوعی سرعت هر کاری را که ما انجام می دهیم افزایش دهد.
“وظایف بسیار خاصی وجود دارد که یک کامپیوتر کوانتومی واقعاً می تواند به روش های بهتر انجام دهد.”
درک چارچوب جدید محاسبات
کامپیوترهای معمولی – از کامپیوترهایی که در محل کار استفاده می کنیم تا رکوردشکنی ابر رایانه مرزی – کار با تبدیل اطلاعات به ارقام دودویی (یک و صفر) که به بیت معروف است. آنها رشته های طولانی از این بیت ها به نام کد را پردازش می کنند و از ریاضیات ساده استفاده می کنند تا به آن کد بگویند که چه کاری انجام دهد.
یک چارچوب محاسباتی کوانتومی بر اساس یک واحد پایه متفاوت اطلاعات به نام بیت کوانتومی است که بر اساس اصلی به نام برهم نهی عمل می کند.
Ghose گفت: “موقعیتی را تصور کنید که بیت ما کاملاً صفر و نه کاملاً یک است، اما مقداری احتمال صفر و مقداری احتمال یک بودن دارد.”
این همان چیزی است که ما آن را برهم نهی می نامیم، و این همان چیزی است که یک بیت کوانتومی یا کیوبیت به عنوان توصیف می شود.
این ممکن است کمتر دقیق به نظر برسد، اما گوس می‌گوید که انواع محاسباتی را که یک کامپیوتر کوانتومی می‌تواند حل کند بسیار گسترش می‌دهد و در بسیاری از موارد، سرعت رسیدن به یک راه‌حل را افزایش می‌دهد.
او گفت: “تقریبا مانند رفتن از دو نقطه – 0 و 1 – در یک منظره است تا بتوانیم در هر نقطه از منظره جریان داشته باشیم زیرا هر ترکیبی از صفر و یک ممکن است.”
پتانسیل تغییر بازی
بنابراین، کامپیوترهای کوانتومی چه کاری می توانند بهتر از کامپیوترهای معمولی انجام دهند؟
Ghose گفت: “اگر فقط ایمیل می نویسید، سرعت زیادی را مشاهده نخواهید کرد که ایمیل های شما را سریع تر یا بهتر کند.”
“اما آنچه ممکن است اتفاق بیفتد این است که در انتهای صفحه، یک سیستم رمزگذاری کوانتومی ممکن است بتواند امنیت و حریم خصوصی ارتباطات شما را بهبود بخشد.”
رمزنگاری کوانتومی یک حوزه اصلی تحقیقاتی است که از مکانیک کوانتومی برای بهبود امنیت ارتباطات آنلاین استفاده می کند. Ghose می‌گوید که رمزگذاری کوانتومی پشتیبان می‌تواند در نهایت در همه دستگاه‌های ما قابل استفاده باشد.
او گفت: “اگر این کار به گونه ای انجام شود که واقعاً بدون خطا باشد و کاملاً مهندسی شده باشد، کاملا غیرقابل هک است.” “به معنای شکستن این رمزگذاری، شما باید قوانین فیزیک را زیر پا بگذارید.”
سایر کاربردها به توانایی ساخت کامپیوترهای کوانتومی در مقیاس بزرگ بستگی دارد. اینها می توانند از توسعه داروها تا ساخت سلول های خورشیدی بهتر و حتی پوشاک متفاوت باشند.
اما برای گسترش واقعی کاربردهای محاسبات کوانتومی، Ghose می‌گوید که متخصصان حوزه‌های مختلف باید در این تحقیق مشارکت کنند.
او گفت: «برای اینکه بخشی از این انقلاب جدید محاسبات کوانتومی باشید، لازم نیست فیزیکدان باشید.
«در واقع، هر چه گروه‌های متنوع‌تر از مردم بتوانند درگیر شوند، حوزه غنی‌تر و نتایج شگفت‌انگیزتر خواهد بود».
راهی طولانی برای کوانتوم در پیش است
هنوز سوالات زیادی وجود دارد که باید قبل از ورود محاسبات کوانتومی به جریان اصلی پاسخ داده شود. اولین و مهمترین این است که آیا کامپیوترهای کوانتومی در مقیاس بزرگ حتی می توان ساخت.
هنوز کاملاً مشخص نیست که آیا واقعاً می‌توانیم آنها را افزایش دهیم یا نه، زیرا هیچ‌کس نتوانسته است قاطعانه نشان دهد که با ساخت رایانه‌های کوانتومی بزرگ‌تر و بزرگ‌تر، می‌توانیم آن را به روشی پایدار و مقیاس‌پذیر انجام دهیم. “گوس گفت.
کیوبیت ها باید در دمای نزدیک به صفر مطلق نگه داشته شوند تا بتوانند کار کنند و مدیریت گرما را به یک مانع بزرگ تبدیل می کند که توسعه دهندگان باید به آن رسیدگی کنند.
هزینه نیز مسئله‌ای است – اکثر تخمین‌ها هزینه یک کیوبیت را حدود 10000 یورو نشان می‌دهند که باعث می‌شود یک کامپیوتر کوانتومی مفید برای همه صنایع به جز چند صنعت بسیار گران باشد.
اما گوس می‌گوید بزرگترین چالش و ناشناخته محاسبات کوانتومی، مقابله با خطاهای کوانتومی است.
او گفت: “بخشی از چیزی که یک کامپیوتر کوانتومی را قدرتمند می کند، پدیده خاصی به نام درهم تنیدگی است، جایی که تمام بیت های کوانتومی مختلف با یکدیگر صحبت می کنند و به گونه ای به هم متصل می شوند که به نوعی شروع به عمل می کنند.”
اما اگر آن کیوبیت‌ها به جای صحبت کردن با یکدیگر، با چیزی خارج از فضای محاسباتی خود صحبت کنند، مانند ذره‌ای تصادفی، می‌توانند با آن ذرات درگیر شوند.
Ghose می گوید برای کنترل کیوبیت ها و جلوگیری از تعامل آنها با ذرات تصادفی، آنها باید “سردتر از فضای بیرون” نگه داشته شوند.
تنها راه برای انجام این کار در حال حاضر ساخت کامپیوترهای عظیم “به اندازه یک اتاق کامل” است که می توانند همه سخت افزارها، الکترونیک و سیستم های خنک کننده را در خود جای دهند.
Ghose گفت: “ما باید خطاهای زیادی را اصلاح کنیم زیرا آنها بسیار بسیار شکننده هستند و حتی کوچکترین خطا یا نویز محاسبات را کاملاً از بین می برد.”
“این چیزی است که ما باید در حین حرکت رو به جلو در مورد آن فکر کنیم، آیا واقعا ارزشش را دارد؟ و اگر چنین است، چگونه این کار را به گونه ای انجام دهیم که مسئولیت پذیر و پایدار باشد؟ من پاسخ را نمی دانم.”
برای اطلاعات بیشتر در مورد این داستان، ویدیو را در پخش کننده رسانه بالا تماشا کنید.
