گوگل مفهوم برتری کوانتومی را تا پایان ۲۰۱۹ ممکن می‌داند

گوگل رایانش کوانتومی را به‌عنوان حوزه‌ی بعدی فعالیت و تسلط در نظر دارد. آن‌ها احتمالا تا چند ماه آینده کامپیوتری کوانتومی به نمایش خواهند گذاشت که قابلیت‌های خارق‌العاده و فراتر از کامپیوترهای مرسوم کنونی دارد. چنین رویکردی با عبارت برتری کوانتومی شناخته می‌شود و کارشناسان اعتقاد دارند اهالی مانتین ویو تا چند ماه آینده به آن دست خواهند یافت.

درحال حاضر کامپیوترهای کوانتومی متعددی در جهان وجود دارند، اما هیچ‌یک از آن‌ها قابلیت انجام فرایندی بیشتر از کامپیوترهای سنتی ندارند. درواقع هر فعالیتی که کامپیوترهای کوانتومی کنونی انجام می‌دهند، با کامپیوترهای سنتی هم قابل انجام خواهد بود و برتری، تنها در سرعت انجام دیده می‌شود. به‌علاوه شرکت‌های متعددی همچون IBM، D-Wave، گوگل، مایکروسافت، Rigetti و بسیاری دیگر هم به توسعه‌ی کامپیوترهای کوانتومی مشغول هستند.

اخباری که اکنون پیرامون برتری کامپیوتری شنیده می‌شود، مفهوم جدیدی به‌نام قانون Neven را مطرح می‌کنند. این اسم از نام یکی از پیش‌گامان گوگل در بحث کوانتومی انتخاب شد. هارتموت نِوِن، از متخصصان تأثیرگذار گوگل در حوزه‌ی کوانتوم است که روند کنونی را شبیه به گلوله‌ی برفی در حال رشد با سرعت نمایی تشبیه می‌کند. در بخش‌های بعدی به جزئیات نظریه‌ی نون می‌پردازیم، اما ابتدا تعریفی از تأثیر برتری کوانتومی در دنیای حاضر ارائه می‌کنیم.

متخصصان دنیای فناوری، تولد مفهومی به‌نام برتری کوانتومی را نزدیک می‌دانند. مفهومی که به‌معنای کامپیوترهای کوانتومی کاربردی برای همه‌ی افراد خواهد بود. آن‌ها چنین رخدادی را در همه‌ی حوزه‌های علمی و کاربردی جهان تأثیرگذار می‌دانند. منظور از حوزه‌های متنوع می‌تواند علومی همچون شیمی، فیزیک فضایی، پزشکی، امنیت، ارتباطات و بسیاری موارد دیگر باشد.

شاید تصورات بالا، مفاهیمی غیرواقعی با هدف افزایش خبر و گمانه‌زنی در دنیای رسانه باشند، اما به‌هرحال چنین پیش‌بینی‌هایی امروز متعادل‌تر و واقعی‌تر از سایر به‌نظر می‌رسند. تصورات بلندپروازانه‌تر، رایانش کوانتومی را پایه‌ای بر کشفیات بسیار بزرگ در رمز و رازهای جهان هستی می‌دانند. از نظر آن‌ها مفاهیمی همچون پیدایش هستی و بررسی زندگی در خارج از سیاره‌ی زمین هم با رایانش کوانتومی ممکن می‌شود.

کاربران هیچ‌گاه نمی‌توانند گوشی‌های هوشمند کنونی یا کامپیوترهای شخصی را با یک کامپیوتر کوانتومی جایگزین کنند. همان‌طور که تعویض کردن کفش‌های ورزشی با یک موشک هسته‌ای ممکن نیست، استفاده از کامپیوتر کوانتومی به‌جای کامپیوترهای سنتی نیز غیرمنطقی به‌نظر می‌رسد. درواقع آن‌ها دستاوردهایی با اهداف متفاوت هستند. به‌بیان‌ ساده‌تر اگرچه کفش و موشک هردو برای جابه‌جایی استفاده می‌شوند، اما قطعا کاربرد متفاوت دارند.

کامپیوترهای کلاسیک به کاربر امکان می‌دهد تا فعالیت‌هایی همچون بازی کردن، بررسی ایمیل، وب‌گردی و اجرای اپلیکیشن‌ها را انجام دهد. درمقابل کامپیوترهای کوانتومی اکثرا برای انجام شبیه‌‌سازی‌های بسیار پیچیده استفاده می‌شوند که سیستم‌های باینری (سیستم‌هایی که در ساختار بیتی کامپیوترهای کنونی اجرا می‌شوند) امکان پیاده‌سازی آن‌ها را ندارند. درنهایت می‌توان ادعا کرد که کامپیوترهای کوانتومی کاربردی برای مصرف‌کننده‌های عادی ندارند، اما قطعا سازمان‌هایی علمی همچون ناسا یا MIT از آن‌ها استفاده خواهند کرد.

قطعا برتری کوانتومی یک دستاورد بزرگ علمی محسوب می‌شود. ازطرفی نمی‌توان درباره‌ی آینده‌ای با حضور کامپیوترهای آن‌چنانی، تصورات بسیار بلندپروازانه داشت. به‌بیان دیگر با ظهور آن نوع از کامپیوترها، به آرمان‌شهری علمی و فناورانه دست پیدا نخواهیم کرد.

گوگل ادعا می‌کند کامپیوتری کوانتومی در دست توسعه دارد که توانایی انجام کارهای غیرممکن برای کامپیوترهای سنتی را خواهد داشت. نمی‌توان با این ادعا، تصوری عالی از آینده‌ای با حضور کامپیوتر گوگل داشت. درواقع متخصصان هم تنها به‌خاطر ادعای گوگل، به‌ آینده‌ی برتری کوانتومی امیدوار نشده‌اند. آنچه آن‌ها را امیدوار و هیجان‌زده می‌کند، مفهوم قانون Neven است. البته این قانون، شباهتی به قانون ندارد.

قانون نِوِن را می‌توان عبارتی قابل‌فهم برای مفهومی بیان کرد که هارتموت نِوِن ابداع کرده است. سمپوزیوم بهاره‌ی کوانتومی گوگل در ماه مه سال جاری برگزار شد و نِوِن سخنرانی قابل توجهی در آن داشت. او ادعا کرد که کارایی کامپیوترهای کوانتومی و قابلیت‌های آن‌ها با سرعتی بسیار بالا پیشرفت می‌کند. همه می‌دانیم که پیشرفت کامپیوترهای معمولی از سیستم کارت پانچی تا رسیدن به گوشی‌های هوشمند قدرتمند امروزی حدود ۵۰ سال طول کشید. اگر ادعای نِوِن صحیح باشد، پیشرفت به کامپیوترهای کوانتومی در کسری از آن زمان محقق خواهد شد.

یکی از حوزه‌های پیشرفت رایانش کوانتومی در مفهومی به‌نام اصلاح خطا تصور می‌شود. سیستم‌های کوانتومی نیاز به فیلتر نویز و عوامل مزاحم دارند که یکی از مهم‌ترین چالش‌‌های فیزیک‌دانان محسوب می‌شود. به‌هرحال پیشرفت‌های کوانتومی بر کل دنیای فناوری تأثیر می‌گذارند. گوگل هم به اندازه‌ی بازیگران دیگر بازار، در رایانش کوانتومی سرمایه‌گذاری‌های پولی، زمانی و انسانی انجام داده است. اگر برتری کوانتومی درنهایت به نتیجه برسد، قطعا آن‌ها هم از دستاوردهایش سود خواهند برد.

برتری کوانتومی مفهومی نیست که به‌عنوان هدف قرار داده شود، همان‌طور که قبلا هم روند موفقی در این جهت رخ نداد. می‌توان آن را هدفی متحرک تصور کرد. برتری تنها زمانی درک می‌شود که به سمت مفاهیم بزرگ‌تر حرکت کنیم. به‌عنوان مثال حداقل باید برتری‌های قابل‌توجه را نسبت به کامپیوترهای کلاسیک نشان دهیم. درواقع باید رایانشی کوانتومی توسعه دهیم که صدها یا هزاران برابر سریع‌تر از رایانش کلاسیک بوده یا حافظه‌ی بسیار کمتری نسبت به آن‌ها نیاز داشته باشد. باید عملکردی توسط رایانش کوانتومی ممکن شود که با استفاده از کامپیوترهای کلاسیک ممکن نیست.محاسبه‌ی برتری کوانتومی نیز باید فراتر از محاسباتی همچون تعداد کیوبیت‌ها یا زمان ارتباط انجام شود. به‌همین دلیل ما مفهومی به‌نام حجم کوانتوم را مطرح کردیم؛ مفهومی که کاربرد کل سیستم را با ترکیب مواردی همچون خطاهای سیستمی، ارتباط داخلی سیستم، بازدهی کامپایلر نرم‌افزاری و بسیاری فاکتورهای دیگر محاسبه می‌کند. حجم کوانتومی فاکتوری قابل‌اعتماد محسوب می‌شود که دیگر بازیگران همچون Rigetti هم برای بنچمارک سیستم‌‌های خود از آن استفاده کرده‌اند.

با گذشت زمان، نتیجه‌دهی مفاهیم و تعاریف گوگل یا IBM مشخص می‌شود. ازطرفی تعریف نِون ادعا می‌کند که در ماه‌های پیش رو بالاخره نمایشی کامل از برتری کوانتومی را توسط یکی از گروه‌های فعال در این حوزه شاهد خواهیم بود. به‌علاوه برخی منابع خبری همچون Quanta Magazine می‌گویند که گوگل در ماه‌های گذشته برای پیشرفت در آزمایش‌ها به منابع پردازشی بیشتر حتی از مراکز خارجی متوسل شد. نِوِن در مصاحبه‌ای گفته بود که نیاز به منابع پردازشی بیشتر در ماه فوریه‌ی سال جاری میلادی مطرح و برطرف شد. او درباره‌ی روند توسعه‌ی کنونی در تیمش گفت:

ابتدا تصور می‌کنیم که در ظاهر هیچ پیشرفتی رخ نمی‌دهد. چنین تصوری ادامه دارد و ناگهان پیشرفت عظیمی را شاهد خواهیم بود. به‌ بیان‌ دیگر خود را در دنیایی دیگر می‌بینیم. ما اکنون در چنین وضعیتی قرار داریم.

در سال‌های اخیر اخبار فراوانی پیرامون رایانش کوانتومی خوانده‌ایم. اکنون برای اولین‌بار دستاوردی همچون برتری کوانتومی بیش از همیشه نزدیک تصور می‌شود. با‌ وجود این هنوز نمی‌توان با قطعیت درباره‌ی دستاوردهای آتی صحبت کرد و باید کمی احتیاط در نتیجه‌گیری‌ها اعمال کنیم. در این‌ میان قانون نِوِن ادعا می‌کند که تا پایان سال جاری میلادی به چنین دستاورد مهمی دست خواهیم یافت. شاید در ماه‌های آتی شاهد قدرت رایانشی باشیم که کامپیوترهای سنتی را به دستگاه‌های پانچ‌ کارت در ذهن ما شبیه کند.