محاسبات کوانتمی زمینه ای بین رشته ای است که در آن فیزیک و علوم کامپیوتر دست به دست هم می دهند تا با نگرشی جدید به محاسبات، ابزار های جدیدی بسازند که برای حل برخی مسائل می توانند بسیار کاراتر از ابزار های محاسبه کلاسیک باشند. یک از مهمترین اهداف محاسبات کوانتمی، رسیدن به نقطه ایی است که رایانه های کوانتمی بتوانند برتری خود را برای برخی مسائل نشان دهند. این به اصطلاح برتری کوانتمی یا quantum supremacy گفته می شود و بیانگر نقطه ای است که رایانه های کوانتمی از رایانه های کلاسیک پیشی می گیرند.

The Sycamore chip is composed of 54 qubits, each made of superconducting loops.Credit: Erik Lucero

در چند سال اخیر، پیشرفت های فناوری، این هدف را نزدیک و نزدیک تر کرده است. شرکت گوگل که یکی از بزرگترین غول های صنعتی فعال در این حوزه است، اخیرا نتایجی را منتشر کرده که ادعا می کند برای اولین بار به برتری کوانتمی دست یافته است. آنها برای یک مسئله خاص نشان می دهند که رایانه کوانتمی گوگل می تواند مسئله ای که بر روی بهترین ابررایانه ها در حدود 10000 سال طول بکشد، در حدود چند دقیقه حل می کند و به این ترتیب به برتری کوانتومی دست یافته است.

البته باید به چند نکته مهم توجه داشت. اول اینکه مسئله مورد بررسی در این کار، کاربرد ویژه ای ندارد و بیشتر مثالی است از مجموعه سوالاتی که در حل آن یک رایانه کوانتمی تواناتر است. نکته دوم این است که این مهم، بیشتر جایگاهی نمادین دارد که نشان دهنده رشد و دقت فناوری های کوانتمی است، و از نظر علمی، بیشتر تاییدی است بر پیش بینی های علمی که تا به حال داشته ایم و موید اینکه به سطح بالایی در کنترل سامانه های کوانتومی رسیده ایم و به خودی خود، یافته جدیدی ارائه نمی دهد.

البته می توان گفت به نوعی یکی از اولین مثال های کاربرد رایانه های کوانتمی میان-اندازه همراه خطا (NISQ) هم می دهد. نکته سوم این است که باید توجه داشت که نقطه گذار برتری رایانه های کوانتمی به عوامل متفاوتی بستگی دارد که می تواند آن را تحت تاثیر قرار دهد. به عنوان مثال، یک الگوریتم بهینه تر کلاسیک و یا ابزار محاسباتی کلاسیک قوی تر ممکن است بتواند زمان حل این مسئله را به روز یا دقیقه کاهش دهد. کما این که اخیرا تیم تحقیقاتی شرکت IBM مقاله ای منتشر کرده که الگوریتمی ارائه می کند که می تواند زمان حل مسئله را به صورت کلاسیکی به تقریبا سه روز کاهش دهد.

اما به هر حال، این واقعیت حتمی است و آن این که رایانه های کوانتمی دارند آرام آرام جای خود را به عنوان رکن جدیدی از فناوری های نوین باز می کنند و دیر یا زود برای حل برخی مسائل، جایگزین رایانه های کلاسیک خواهند شد.

صادق رئیسی

استادیار دانشکده فیزیک دانشگاه شریف

منابع: مقاله

گزارش نیچر