کامپیوتر کوانتومی با توان پنج هزار کیوبیت رونمایی شد

محاسبات کوانتومی یک فناوری نوظهوردر حوزه محاسبات و کامپیوتر است که هدف آن یافتن راه حل های سریع تر برای مسائلی است که در حال حاضر توسط ابر رایانه ها حل می شوند. به صورت نظری، رایانه های کوانتومی می توانند برای شکستن رمزنگاری آر اس ای، که معمولا در سراسر اینترنت استفاده می شوند به کار روند. محاسبات کوانتومی توسط محققانی که در زمینه ی فیزیک کوانتوم و محاسبات فعالیت می کنند، به کار گرفته می شوند.

البته می توان از اعداد باینری در کیوبیت استفاده کرد. اما مقادیر کیوبیتها به صورت جمع آثار هستند یعنی می توانند همزمان هم صفر باشند و هم یک. کیوبیت ها گنجایش دو بیت اعداد باینری را دارند که به آن اصطلاحا برنامه ریزی فوق متراکم می گویند. گفته می شود که رایانه های کوانتومی در انجام محاسبات بسیار سریعتر از رایانه های امروزی خواهند شد.

در این صورت می توان محاسبات فشردهی کامپیوتری مانند تاشدگی پروتئین ها که امروزه توسط ابررایانه ها انجام می شوند را با هزینه ای کمتر با رایانه های کوانتومی انجام داد. با گذشت زمان و پیشرفت رایانه های کوانتومی پیش بینی می شود سرعت آنها بیشتر از سرعت رایانه های امروزی شود، البته این پیشرفت باید در زمینه ی پردازنده های کوانتومی و برنامه نویسی بر مبنای کیوبیت هم باشد.

ویژگی‌های اصلی کامپیوترهای معمولی نظیر بیت‌، الگوریتم، گیت‌های منطقی و … به طور مشابه در کامپیوترهای کوانتومی نیز وجود دارند. اصلی‌ترین جزء یک کامپیوتر کوانتومی، در واقع واحد پردازش اطلاعات، بیت کوانتومی یا کیوبیت است. عملکرد یک کیوبیت شاید کمی مبهم به نظر آید.

همان‌طور که می‌دانید یک بیت کلاسیک در هر لحظه تنها می‌تواند یکی از دو مقدار ۰ و ۱ را داشته باشد؛ اما یک کیوبیت در هر لحظه هم می‌تواند ۰ باشد و هم ۱ یا حتی هر چیزی دیگری بین ۰ و ۱ ! در واقع یک کیوبیت در حالت «برهمنهی» (Superposition) از حالت‌های پایه ۰ و ۱ است. برای مشخص شدن حالت کیوبیت باید آن را اندازه‌گیری کرد، در این صورت حالت برهمنهی فرو ریخته و کیوبیت با یک احتمالی در 0 و یا ۱ ظاهر می‌شود.

در سال‌های اولیه، بحث کیوبیت‌ها و کامپیوترهای کوانتومی تنها روی کاغذ مطرح بود. پس از گذشت مدتی طولانی، در سال 2000 دو پیشرفت قابل توجه در این حوزه از علم فیزیک رخ داد. «ایزاک چوانگ» (Isaac Chuang) استاد دانشگاه MIT و محقق شرکت IBM توانست یک کامپیوتر کوانتومی (البته غیر قابل استفاده) با ۵ کیوبیت توسط اتم‌های فلوئور (Fluorine) بسازد.

در همان سال، پژوهشگران آزمایشگاه ملی «لوس آلاموس» (Los Alamos) توانستند توسط قطره مایعی اسیدی شامل ۴ اتم کربن و ۶ اتم هیدروژن یک ماشین ۷ کیوبیتی بسازند. ۵ سال بعد محققان دانشگاه «اینسبراک» (Innsbruck) توانستند یک کیوبیت به همان سیستم اضافه و ماشینی ۱ کیوبایتی (Qubyte) در واقع شامل ۸ کیوبیت را بسازند.

تا سال 2011 پژوهش‌های زیادی در این حوزه انجام شد. اما در این سال شرکت پیشگام کانادایی D-Wave با رونمایی از یک کاپیوتر 128 کیوبیتی گام موثری در پیشرفت دنیای محاسبات کوانتومی برداشت. البته بحث‌های زیادی در خصوص این که آیا این ماشین واقعاً رفتاری کوانتومی دارد یا خیر، مطرح است.

در سال 2015 شرکت «گوگل» کامپیوتر کوانتومی خود را بر اساس طرح شرکت D-Wave توسعه داد و اعلام کرد که روشی جدید برای کنترل و تشخیص خطاهای کوانتومی پیدا کرده است.

در سال 2016 «ایزاک چوانگ» و پژوهشگران دانشگاه «اینسبراک» کامپیوتری 5 کیوبیتی توسعه دادند که می‌تواست مطابق با الگوریتم شور فاکتور‌های عدد 15 را محاسبه کند.

در سال 2017 شرکت «مایکروسافت» (Microsoft) با معرفی و ارائه زبان برنامه‌نویسی جدید به اسم Q#، کیت کاملی برای توسعه برنامه‌های کاربردی کوانتومی توسعه داد. در همین سال شرکت D-Wave با معرفی کامپیوتر کوانتومی D-Wave 2000Q که شامل 2048 کیوبیت و بر اساس فیزیک ابررسانا‌ها کار می‌کرد، معرفی کرد.

امروز خبر رسید که شرکت D-Wave از کامپیوتر کوانتومی جدید به نام Advantage رونمایی کرد. سیستم جدید از توان پردازشی «بیش از ۵ هزار کیوبیت» و ۱۵ اتصال کیوبیت برخوردار است که نسبت به سیستم قبلی با توان ۲ هزار کیوبیت و ۶ اتصال کیوبیت، بیش از دو برابر افزایش نشان می‌دهد.

«Alan Baratz»، مدیرعامل D-Wave ضمن اشاره به افزایش بیش از دو برابری تعداد کیوبیت‌ها و اتصالات سیستم کوانتومی جدید این شرکت، به مقیاس‌پذیری بالا و برخی از کاربردهای آن اشاره کرد. به گفته او حالا شرکت‌ها با استفاده از کامپیوتر کوانتومی جدید توانایی حل مسائل بسیار پیچیده‌تر در زمینه زمان‌بندی (Scheduling) را پیدا کرده‌اند.

D-Wave می‌گوید کاربران به کمک حل کننده هیبریدی (Hybrid Solver) که قدرت CPU و GPUهای سنتی را با سیستم کوانتومی این شرکت ترکیب می‌کند، توانایی حل مسائل پیچیده‌تر تا حداکثر یک میلیون متغیر را به لطف کیوبیت و اتصالات بیشتر پیدا کرده‌اند.

مدیرعامل D-Wave گفت تاشدگی پروتئین (Protein Folding) حوزه دیگری است که کاربران حالا می‌توانند مشکلات بزرگ تری را حل کنند. Menten AI یکی از شرکت‌هایی است که از سیستم کوانتومی D-Wave برای طراحی پروتئین استفاده می‌کند. به گفته مدیرعامل این شرکت استفاده از کامپیوتر کوانتومی به ساخت پروتئین‌های بهتر و در نهایت تولید داروهای جدید منتهی خواهد شد.

شرکت فولکس واگن نیز از مشتریان حل کننده هیبریدی شرکت D-Wave بوده و از آن برای سیستم زمان‌بندی رنگ آمیزی خودروها استفاده می‌کند. فروشگاه زنجیره‌ای Save-On-Foods کانادا نیز از حل کننده این شرکت برای اولویت‌بندی فرآیندها و سرعت بخشیدن به محاسبات آن‌ها استفاده می‌کند.

شرکت D-Wave همچنین از سرویس جدیدی به نام D-Wave Launch رونمایی کرد که به سازمان‌ها کمک می‌کند استفاده از کامپیوتر کوانتومی را شروع کنند.