چرا سریعترین کامپیوتر کوانتومی جهان واقعا یک کامپیوتر کوانتومی نیست؟!

کوانتومی بودن یا نبودن

دانشمندان در پی ساخت ابر‌‌سیستم کوانتومی جهانی هستند. در این میان مجهز شدن مرکز محاسبات کوانتومی لاکهد مارتین به پردازنده‌های 1098 کیوبیتی و داده‌های به دست آمده در این مرکز، پتانسیل عظیم محاسبات کوانتومی را جهت متحول ساختن زمینه‌های مختلف تصدیق می‌کند.

در جولای 2016، مرکز محاسبات کوانتومی لاکهد مارتین در موسسه علوم و اطلاعات USC، با افزایش کیوبیت‌های این مرکز به 1098 توسعه داده شد.

طی بیست سال آینده، محاسبات کوانتومی تاثیر بسزایی در روند کلی زندگی بشر خواهد داشت. از پروژه‌های تحقیقاتی دانشگاهی گرفته تا امنیت سایبری. اما داده‌های لاکهد مارتین نشان می‌دهد که برخی از مزایای محاسبات کوانتومی می‌توانند زودتر به ثمر برسند حتی اگر یک رایانه‌ی کوانتومی کاربردی در دسترس نباشد.

اولین سیستم کوانتومی که لاکهد مارتین از شرکت D-Wave خریداری کرد، یک پردازنده 128 کیوبیتی موسوم به راینر بود که پس از آن تا 512 کیوبیت به روز رسانی شد ( پردازنده‌های ویوز). این پردازنده‌ها اخیرا تا 1152 کیوبیت هم ارتقا یافته‌اند که به پردازنده های D-Wave 2X موسومند.

گرگ تالانت، رییس مرکز محاسبات کوانتومی لاکهد مارتین ( QCC ) می‌گوید: « این محصول از نظر تجاری در دسترس بوده و شما می‌توانید آن را خریداری کنید ولی در حقیقت این یک تحقیق، توسعه و آزمایش یک نوع سیستم است. این محصول در حال حاضر آماده تولید است، اما جهت انجام امور روزمره نمی‌توان از آن استفاده کرد. »

پیش از خرید، نمایندگان لاکهد مارتین چندین بار از شرکت  D-Waveدر ونکوور بازدید کردند. نمایندگان لاکهد مارتین تشخیص دادند که سخت‌افزار آن‌ها امکانات لازم را دارد؛ پس تصمیم بر آن شد که یکی از سیستم‌های آن‌ها را خریداری کنند. قدم بعدی همکاری با دانشگاه کالیفرنیای جنوبی بود که منجر به راه‌اندازی مرکز محاسبات کوانتومی شد که بخشی از مدرسه مهندسی موسسه‌ی ویتربی می‌باشد.

هنگامی که تعداد متغیر‌ها در یک مسئله بالا می‌رود، تعداد احتملاتی که شما باید مد نظر قرار دهید به صورت نمایی افزایش پیدا می‌کنند.

مسئله‌ی تاجر مسافر مربوط به لیستی از شهرها که یک فروشنده‌ی فرضی به آن‌ها مسافرت می‌کند و فاصله‌ی بین این شهر‌ها می‌شود. خواسته‌ی این مسئله، کوتاه‌ترین راه ممکن بین این شهر‌ها می‌باشد؛ در حالی که تاجر قبل از بازگشت به نقطه اول از هر شهر تنها یک بار بازدید کند.

این مسئله با استفاده از رایانه‌های امروزی می‌تواند حل شود ولی سخت افزارهای کوانتومی، به طور بالقوه می‌توانند افزایش سرعت شدیدی با رشد تعداد شهرها داشته باشند.

تالانت و تیمش هنوز قادر به اثبات این نیستند که آیا سخت افزار D-Wave در این برنامه نسبت به رایانه‌های کلاسیک مزیتی دارد یا خیر. با این حال تحقیقات آغاز شده و انتظار می‌رود پیشرفت‌های بیشتری به لطف پردازنده‌های قوی 1152 کیوبیتی که شرکت در ماه جولای خریداری کرده است، به عمل آید.

تالانت اشاره می‌کند: « تراشه فعلی 1152 کیوبیتی است، اما هنگام نصب سیستم‌ها، آن‌ها باید یک فرآیند کالیبراسیون را طی کنند. این فرآیند باعث می‌شود برخی از کیوبیت‌ها تا پایان کالیبراسیون درگیر باشند و برای انجام محاسبات غیر‌قابل استفاده شوند. »

مفهوم این موضوع درست مشابه شرایطی است که شما برای بار اول از یک آیفون 32 گیگابایتی استفاده می‌کنید و متوجه می‌شوید که در واقع 32 گیگابایت فضای ذخیره‌سازی برای کار با آن ندارید.

وی می‌گوید: « سیستم ما 1152 کیوبیتی است اما ما می‌دانیم زمانی که آن را کالیبره کنیم به 1098 کیوبیت خواهد رسید. »

مجموعه‌ای دیگر از مهندسان، سیستم را بهینه‌سازی کردند. ولی امید است به‌روزرسانی‌های شماری از سخت‌افزار‌های کیوبیت پیشرفت‌های محسوسی در زمینه حل این مشکلات داشته باشند.

تالانت می‌افزاید: « شما می‌توانید فکر کنید تعداد کیوبیت‌ها، به اندازه مسئله‌ای که می توانید آن را حل کنید نزدیک است. بنابراین زمانی که شما سیستمی در اختیار دارید که تنها 512 کیوبیت دارد، شما در اندازه مسئله‌ی خود، در بهترین حالت، به 512 متغیر محدود خواهید بود و در عمل این مقدار به حدودا 200 متغیر کاهش می‌یابد.

در ماه می، آی‌بی‌ام با افتخار اعلام کرد که در نظر دارد رایانه‌های کوانتومی پنج کیوبیتی را در دسترس دانشگاهیان قرار دهد. چرا آی‌بی‌ام سیستم 5 کیوبیتی خود را به نمایش گذاشت در حالی که D-Wave رایانه‌های کوانتومی را که 100 برابر از آن قویتر هستند، می‌فروشد ؟

پاسخ ساده است. سخت افزاری که لاکهد مارتین از آن استفاده کرد در واقع یک رایانه‌ی کوانتومی نیست.

سیستم مرکزی آی‌بی‌ام و لاکهد مارتین از کیوبیت‌های ابررسانا استفاده می‌کنند. این حرکتی امید بخش است و محققان آن را نطفه‌ی یک ابررایانه‌ی جهانی می‌پندارند که البته هنوز متولد نشده است.

سیستم آی‌بی‌ام برای ابررایانه‌ی کوانتومی جهانی واجد شرایط نیست؛ چرا که تنها از 5 کیوبیت استفاده می‌کند. این دستگاه از نظر معماری و عملکرد، خود یک سیستم جهانی محسوب می‌شود ولی تعداد کم کیوبیت‌های آن گواه بر آن است که نمی‌تواند در محاسبات کلان کاربردی باشد.

همچنین سیستمی که لاکهد مارتین از آن استفاده کرد نیز واجد شرایط نمی‌باشد. چرا که بیشتر یک شبکه کوانتومی محسوب می‌شود تا یک رایانه‌ی کوانتومی که تنها تعداد محدودی از مسائل را می‌تواند حل کند.

تالانت می‌گوید: «یک آنیلر کوانتومی در حقیقت به این صورت عمل می‌کند که ما ماشین را به کمک مسئله‌ای که پاسخ آن را می‌دانیم برنامه‌ریزی می‌کنیم و سپس به سراغ مسائلی می‌رویم که پاسخ آن‌ها را نمی‌دانیم. هنگامی که کار پایان یابد، پاسخ همه‌ی مسائل را خواهیم یافت. به عبارتی راه حل در این است که شما از چیز‌هایی که بلد هستید استفاده کنید و پاسخ نادانسته‌های خود را از آن استنتاج کنید. »

تعداد کیوبیت‌های D-Wave در مقایسه با سایر تجهیزات و رایانه‌های کوانتومی، در رأس ـآۀَُِّس منحنی قرار دارد اما مقایسه مستقیم سخت‌افزار‌ها کار دشواری است و محققان برای ساخت یک سیستم جهانی در تلاش هستند.

تالانت می‌گوید: « قطعا لاکهید مارتین یک رایانه‌ی کوانتومی جهانی نیست، و فقط یک آنیلر کوانتومی است. سیستم D-Wave هم یک سیستم جهانی نیست. »

وی افزود:  « این بدان معنی نیست که لاکهد مارتین پس از رشدی که فناوری داشته است، از یک آنیلر کوانتومی فراتر نرود. اما ما به دنبال یک سیستم جهانی هستیم. »

داده‌های لاکهد مارتین گواه بر پتانسیل عظیم محاسبات کوانتومی برای دگرگون ساختن زمینه‌های مختلف در سال‌های پیش رو می باشد. سیستم جهانی یک هدف نهایی برای محققانی که در این زمینه فعالیت می‌کنند به شمار می‌رود. با این حال در حال حاضر هم ما شاهد سخت‌افزارهایی با کاربرد‌های صنعتی هستیم.

منبع: http://www.digitaltrends.com/computing/lockheed-martin-d-wave-quantum-annealer