ورود به عصر «برتری کوانتومی» | 1.5 تریلیون بار سریع‌تر از ابرکامپیوتر کلاسیک

ورود به عصر «برتری کوانتومی» | 1.5 تریلیون بار سریع‌تر از ابرکامپیوتر کلاسیک

به گزارش space.com بروکس فوکسن، پژوهشگر فیزیک در مرکز «هوش مصنوعی کوانتوم» (AI Quantum) شرکت گوگل در ماونتین‌ویوی کالیفرنیا  و دانشگاه کالیفرنیا در سانتا باربارا یکی از نویسندگان این مقاله در بیانیه‌ای اعلام کرد:‌ «محاسبه‌ای که انجام آن برای یک ابرکامپیوتر کلاسیک 10000 سال طول می‌کشد، با کامپیوتر کوانتومی ما در 200 ثانیه انجام شد.»

فوکسن افزود:‌ «ممکن است زمان شبیه‌سازی کلاسیک که در حال حاضر 10000 سال تخمین زده شده است، با بهبود سخت‌افزارها و الگوریتم‌های کلاسیک کمتر شود، اما از آنجایی که کامپیوتر ما در حال حاضر 1.5 تریلیون بار سریع‌تر است، با خیالی راحت این دستاورد را اعلام می‌کنیم.»

کامپیوترهای کوانتومی اطلاعات را با استفاده از ذرات زیراتمی ذخیره می‌کنند که قواعد کاملا متفاوت با دنیای ماکروی ما بر آنها حاکم است. برای مثال ذرات کوانتومی می‌توانند به طور همزمان یک «ابرموقعیت» از دو حالت متفاوت قرار بگیرند و این ذرات حتی اگر فاصله در حد سال‌های نوری هم از هم داشته باشند، هنوز «درهم‌تنیده» بمانند و بر خواص یکدیگر تاثیر بگذارند.

این ویژگی غریب کلید قدرت بالقوه فوق‌العاده محاسبه کوانتومی است. کامپیوترهای کوانتومی به علت همین پدیده «ابرموقعیت» می‌توانند نسبت به کامپیوترهای سنتی که اطلاعات را به شکل دوتایی به صورت صفرها و یک‌ها رمزبندی می‌کنند-  اطلاعات بسیار بیشتری را در واحد حجم ذخیره کنند. 

واحد پایه اطلاعات در سیستم‌های کامپیوتری کوانتومی کیوبیت (qubit) مخفف «بیت کوانتومی» نام دارد.

این پژوهشگران به سرپرستی فرانک آروت از بخش «هوش مصنوعی کوانتوم» گوگل از یک کامپیوتر کوانتومی به نام سیکامور (Sycamore) که دارای 53 کیوبیت دارای کارکرد (به علاوه یک کیوبیت که به درستی کار نمی‌کرد) استفاده کردند.

این دانشمندن با درهم تنیدن این 53 کیوبیت یک حالت پیچیده ابرموقعیت ایجاد کردند و سپس سیکامور را واداشتند که یک وظیفه مربوط به تولید اعداد تصادفی را انجام دهد. این نتایج سپس با شبیه‌سازی‌ها انجام شده روی ابرکامپیوتر سامیت در آزمایشگاه ملی اوک ریج در ایالت تنسی آمریکا مقایسه شد.

سامیت در حال حاضر سریع‌ترین ابرکامپیوتر جهان است و می‌تواند حدود 200 میلیون میلیارد عملیات در ثانیه انجام دهد. این کامپیوتر از تقریبا 40000 واحد پردازشگر ساخته شده است که هرکدامشان حاوی میلیاردها ترانزیستور (سوئیچ الکترونیکی) هستند و 250 میلیون گیگابایت ذخبره دارد. تقریبا 99 درصد از منابع سامیت برای این نمونه‌سازی کلاسیک استفاده شد.

اما به گفته فوکسن، کامپیوتر کوانتومی سیکامور این کار را 3.5 دقیقه انجام داد و کارکرد سامیت نشان داد که حتی قوی‌ترین‌ ابرکامپیوترهای سنتی برای حل این مسئله به حدود 10000 سال وقت نیاز دارند.

کارشناسان می‌گویند این نمایش برتری کوانتومی بر الگوریتم‌های کلاسیک روی سریع‌ترین ابرکامپیوترها دستاورد بسیار مهم و نقطه عطفی برای کامپیوترهای کوانتومی شمرده می‌شود. همچنین این موفقیت پاسخی به انتقادها درباره کنترل‌پذیری و عملی بودن محاسبه‌های کوانتومی در فضای محاسباتی فوق‌العاده بزرگ (حاوی دست کم 253 حالت مورد استفاده در این مورد) است.

البته هنوز کار زیادی باید انجام شود تا کامپیوترهای کوانتومی به بخشی از رندگی روزانه بدل شوند. برای مثال پژوهشگران مجبور خواهند بود الگوریتم‌های جدید بنویسند که بتواند با پردازنده‌های کوانتومی خطاپذیر که در آینده نزدیک در دسترس خواهند بود، کار کنند. دانشمندان برای اینکه بتوان این تکنولوژی را به صورت تجاری درآورند مجبور خواهند بود پروتکل‌های دقیقی برای تصحیح خطاهای کوانتومی ایجاد کنند.