۴۷ سال سریع تر از ابر کامپیوتر ها با کامپیوتر کوانتومی گوگل

محققانی که در حوزه کامپیوتر کوانتومی گوگل کار می‌کنند، ادعا کرده‌اند که نسخه‌ی جدید کامپیوتر کوانتومی سیکامور (Sycamore)، قادر است محاسبات پیچیده را در حدود ۶ ثانیه انجام دهد، در حالی که برای انجام محاسبات مشابه آن، سریع ترین سوپر کامپیوتر جهان تقریبا به ۴۷ سال زمان نیاز دارد.

به گزارش رایان پژواک، نتایج این پژوهش بر روی یک سرور قبل از اعلام رسمی، منتشر شده است. این شرکت چند سالی است که به این حوزه وارد شده است و در سال ۲۰۱۹ با معرفی کامپیوتر کوانتومی سیکامور با ۵۳ کیوبیت، به برندی تبدیل شد که می‌توانست به راحتی با دیگران رقابت کند.

کیوبیت (qubit) به معنای واحد کوچکتر داده در کامپیوتر کوانتومی است. بر خلاف بیت‌ها در کامپیوترها که می‌توانند یا “۰” و یا “۱” باشند، یک کیوبیت می‌تواند همزمان ۰ و ۱ باشد و این امکان را می‌دهد تا محاسبات پیچیده با سرعتی شگفت‌انگیز انجام شود.

شکست سریع ترین ابر کامپیوتر جهان
محققان در حوزه ساخت کامپیوترهای کوانتومی تلاش می‌کنند تا عملکرد آن‌ها را نسیت به ابر کامپیوتر ها بهتر کنند. این دستاورد در چندین مورد تحقق یافته است. با افزایش تعداد کیوبیت‌ها در کامپیوترهای کوانتومی، آن‌ها در چندین مورد نسبت به ابر کامپیوترها پیشی گرفته‌اند.

چهار سال پیش، سیکامور با ۵۳ کیوبیت تنها یک ثانیه از سریع‌ترین ابر کامپیوتر شرکت اچ پی به نام فرونتیر (Frontier) جلوتر بود. براساس برآورد محققان، تقریبا ۶.۱۸ ثانیه طول می‌کشد تا فرونتیر محاسبات را بر روی کامپیوتر کوانتومی کامل کند. از آن زمان به بعد، محققان ۱۷ کیوبیت به سیکامور اضافه کرده‌اند.

با این حال، به دلیل رشد ظرفیت محاسباتی آن، پیش بینی می‌شود که فرونتیر نیاز به ۴۷ سال داشته باشد تا یک محاسبه به همان مقدار را تکمیل کند. مهدسان از یک نمونه برداری مدارهای تصادفی استفاده کردند که اطلاعات را از فرایندهای کوانتومی استخراج می‌کند. این رویکرد به کاهش تداخلات ناشی از نویز در طول محاسبه کمک می‌کند.

کامپیوتر کوانتومی چیست؟
کامپیوتر کوانتومی یک نوع کامپیوتر است که از خواص فیزیکی کوانتومی برای انجام محاسبات استفاده می‌کند. در مقابل کامپیوترهای کلاسیک که بر پایه بیت‌های کلاسیک (صفر و یک) عمل می‌کنند، کامپیوترهای کوانتومی از کیوبیت‌ها (حالت‌های کوانتومی) استفاده می‌کنند.

خاصیت کوانتومی به کیوبیت‌ها اجازه می‌دهد همزمان در حالت‌های مختلفی وجود داشته باشند و تداخل کوانتومی بین حالت‌ها ایجاد کنند. این ویژگی می‌تواند توانایی کامپیوتر کوانتومی را در حل مسائلی که برای کامپیوترهای کلاسیک بسیار سخت هستند، بهبود ببخشد.

به طور معمول، کامپیوتر کوانتومی در محاسبات همزمان و به طور خاص در حوزه رمزنگاری، شبیه‌سازی سیستم‌های فیزیکی پیچیده و بهینه‌سازی مسائل بزرگ مورد استفاده قرار می‌گیرند.

با این حال، توسعه کامپیوترهای کوانتومی هنوز در مراحل اولیه است و چالش‌های فنی و مهندسی زیادی وجود دارد. به عنوان مثال، حفظ و جابجایی اطلاعات کوانتومی به صورت پایدار در کیوبیت‌ها، کنترل دقیق برای اعمال عملیات کوانتومی و کاهش خطاهای کوانتومی از جمله چالش‌های مهمی هستند که در حال حاضر در حال بررسی و بهبود هستند.

این محاسبات چه کاربردهای عملی دارند؟
متخصصان می‌گویند کامپیوترهای کوانتومی به طرز چشمگیری از سوپرکامپیوترها پیشی گرفته‌اند. مدتی است که می‌دانیم که کامپیوتر کوانتومی قابلیت حل چالش هایی مانند تغییرات اقلیمی، کشف درمان برای بیماری‌های غیرقابل درمان و موارد دیگر را دارد. اما علاوه بر تحقیقات علمی که بر روی حل مسائل ریاضی پیچیده یا دستیابی به برخی بنچمارک‌ها تمرکز دارد، کامپیوتر کوانتومی پیشرفت محدودی در حل مشکلات واقعی زندگی داشته است.

این مورد هنوز یک رویای دور دست است. حتی وقتی که دانشمندان تعداد کیوبیت ها را در سیستم های کوانتومی خود افزایش می‌دهند، هنوز راه‌حلی برای مقابله با “نویز کوانتومی” یا نحوه عملکرد کامپیوترها بدون نیاز به دمای بسیار پایین را پیدا نکرده‌اند.

همانطور که مایکروسافت در ماه گذشته اشاره کرد، هنوز در مراحل اولیه کامپیوتر کوانتومی هستیم و شاید تنها قدم‌های اول خود را در این راستا برداشته ایم. برای اینکه کامپیوترهای کوانتومی تأثیر قابل توجهی در زندگی روزمره مان داشته باشند، لازم است یک کامپیوتر کوانتومی فوقالعاده ساخته شود که بتواند با سرعت‌های عملیاتی بسیار بالا به مقیاس یک میلیون عملیات کوانتومی در ثانیه برسد و در عین حال نرخ خطا را پایین نگه دارد.

تفاوت کامپیوتر کوانتومی و ابر کامپیوتر
کامپیوتر کوانتومی و ابر کامپیوتر دو تکنولوژی متفاوت هستند که در زمینه محاسبات پیشرفته استفاده می‌شوند. در ادامه به توضیح تفاوت‌های اصلی بین این دو می‌پردازم.

کامپیوتر کوانتومی بر اصول فیزیک کوانتومی بنا شده است، در حالی که ابرکامپیوتر از شبکه‌های کامپیوتری متصل به هم در سطح جهانی استفاده می‌کند. کامپیوتر کوانتومی بر اصول سوپر پوزیشن و تداخل کوانتومی بنا شده است که به آن به عنوان “بیت کوانتومی” یا “کیوبیت” می‌گویند. در مقابل، ابر کامپیوتر ها از ظرفیت پردازشی بالای مجموعه‌ای از سرورها و رایانه‌ها استفاده می‌کنند.

رایانه کوانتومی به دلیل قابلیت پردازش موازی و همچنین استفاده از اصول کوانتومی، برای برخی مسائل پیچیده، بهبود قابل توجهی در سرعت و کارایی پردازش دارد. از طرف دیگر، سوپر کامپیوتر ها توانایی انجام محاسبات موازی را ارائه می‌دهند، اما با استفاده از پردازشگرهای کلاسیک و نه بر اصول کوانتومی.

کاربردهای کامپیوتر های کوانتومی و ابر کامپیوترها نیز متفاوت است. کامپیوترهای کوانتومی بیشتر برای محاسبات مرتبط با علوم ماده، شیمی کوانتومی، رمزنگاری کوانتومی و بهینه‌سازی استفاده می‌شوند. در عوض، ابر کامپیوترها به عنوان زیرساخت فناوری اطلاعاتی، برای پردازش و ذخیره‌سازی داده‌ها در مقیاس بزرگ، تحلیل داده‌های پیچیده، هوش مصنوعی و تجزیه و تحلیل مدل‌های پیچیده استفاده می‌شوند.

در حال حاضر، کامپیوترهای کوانتومی هنوز در مراحل آزمایشی توسعه و پژوهش هستند و قابلیت‌های آن‌ها هنوز در حال گسترش است. به دلیل پیچیدگی فنی و فیزیکی، کامپیوترهای کوانتومی هنوز در مقیاس کاربردی و تجاری منتشر نشده‌اند. از طرفی، ابر کامپیوترها در حال حاضر در دسترس هستند و بسیاری از شرکت‌ها و سازمان‌ها از آن‌ها برای پردازش و ذخیره‌سازی داده‌های بزرگ استفاده می‌کنند.

به طور کلی، کامپیوترهای کوانتومی و ابر رایانه ها از دو فناوری متفاوت برای پردازش و محاسبات استفاده می‌کنند، هرکدام با ویژگی‌ها و کاربردهای خاص خود. با توسعه فناوری، قابلیت‌ها و کاربردهای هر دو این تکنولوژی‌ها ممکن است در آینده تغییر کند و با یکدیگر ترکیب شوند.

نتیجه
با توجه به این مقاله می‌توان گفت کامپیوتر کوانتومی امروزی در مراحل ابتدایی قرار دارد و هنوز یک مسیر طولانی وجود دارد تا بتواند نتایج قابل توجهی را به ارمغان بیاورد. تا آن زمان، این برتری های کم و بیش بر سوپر کامپیوتر ها تنها چیزی است که می‌توان نشان داد.