کامپیوترهای کوانتومی؛ وعده‌ها و چالش‌های پیش‌رو
آژانس پروژه‌های تحقیقاتی پیشرفته دفاعی آمریکا (DARPA) نتایج یک تحقیق را منتشر کرده است که در آن بررسی شده آیا کامپیوترهای کوانتومی واقعاً قادر به حل مسائل پیچیده‌ای هستند که کامپیوترهای کلاسیک نمی‌توانند از پس آنها برآیند. این تحقیق نتایج متنوعی به همراه داشته است.
در سال ۲۰۲۱، DARPA برنامه‌ای به نام Quantum Benchmarking ایجاد کرد تا معیارهای اساسی برای سنجش پیشرفت در محاسبات کوانتومی را بازتعریف کند و با دقت علمی به ادعاهای اغلب نادرست در مورد آینده این تکنولوژی بپردازد.
در این برنامه، DARPA هشت تیم میان‌رشته‌ای تشکیل داد که بیش از ۲۰۰ کاربرد بالقوه شناسایی کرده و از بین آنها ۲۰ معیار برای سنجش پیشرفت در استفاده از کامپیوترهای کوانتومی برای حل مسائل پیچیده با ارزش اقتصادی انتخاب کردند.
در مرحله دوم، این معیارها برای مطالعه دقیق‌تر در سه دسته کلی شیمی، علم مواد، و معادلات دیفرانسیل غیرخطی انتخاب شدند. پنج تیم این معیارها را با استفاده از معیارهای دقیق و کاربردی پالایش کرده و سپس کاربردهای این معیارها را گسترش دادند، تست‌های مقیاس‌پذیر و مستحکم را اضافه کردند، کاربردهای دنیای واقعی را ارزیابی کردند، و ابزارهایی برای تخمین منابع و عملکرد مورد نیاز برای اجرای برنامه‌ها بر روی سخت‌افزار کوانتومی واقعی ایجاد کردند.
نتیجه این تلاش‌ها، هفت مقاله پیش از چاپ بود که DARPA معتقد است نشان می‌دهند کامپیوترهای کوانتومی احتمالاً می‌توانند در برخی کاربردهای اقتصادی ارزشمند در حوزه‌های شیمی، مواد کوانتومی، و علم مواد مزیت داشته باشند.
اما همه نتایج مثبت نیست. یکی از مقالات با عنوان “Feasibility of accelerating incompressible computational fluid dynamics (CFD) simulations with fault-tolerant quantum computers” نتیجه‌گیری می‌کند که سیستم‌های کوانتومی علی‌رغم وعده‌های زیادی که دارند، به احتمال زیاد نمی‌توانند برای کاربردهای CFD غیرقابل فشرده‌سازی مفید باشند، مگر اینکه پیشرفت‌های الگوریتمی قابل توجهی یا رویکردهای کوانتومی جایگزین توسعه یابند.
نتیجه مشابهی در مقاله‌ای دیگر با عنوان “Quantifying fault tolerant simulation of strongly correlated systems using the Fermi-Hubbard model” بدست آمده است – رویکردی که برای ارزیابی ویژگی‌های مواد استفاده می‌شود و ایده‌آل برای کامپیوترهای کوانتومی در نظر گرفته می‌شود.
یک رویکرد به این مسئله از تکنیکی به نام “time evolution circuits” استفاده می‌کند و به محاسبه‌ای نیاز دارد که بیش از سه سال طول بکشد و از ۴۰۰ logical qubits استفاده کند.
با توجه به اینکه سخت‌افزار مورد نیاز برای این سرعت محاسبه در نهایت کلاسیک است، این نشان‌دهنده نیاز به بهبود در طیف وسیعی از زمینه‌ها است.
مقاله‌ای در مورد Nuclear Magnetic Resonance (NMR) spectroscopy مثبت‌تر است و پیشنهاد می‌دهد که کامپیوترهای کوانتومی می‌توانند پدیده‌هایی را مدل‌سازی کنند که در حال حاضر با ماشین‌های کلاسیک دشوار است.
مقاله دیگری با عنوان “Applications and resource estimates for open system simulation on a quantum computer” نشان می‌دهد که کامپیوترهای کوانتومی می‌توانند ۲ میلیون دلار در هزینه مواد مورد نیاز برای هر تست در آزمایشگاه High Magnetic Field Laboratory در Los Alamos National Laboratory صرفه‌جویی کنند. این آزمایشگاه همچنین در مقاله‌ای دیگر با عنوان “Potential Applications of Quantum Computing at Los Alamos National Laboratory” ذکر شده که در آن شش زمینه تحقیقاتی دیگر که مناسب برای کامپیوترهای کوانتومی هستند، توصیف شده است.
یکی از مقالات به خود کامپیوترهای کوانتومی پرداخته است. این مقاله با عنوان “Fault-tolerant resource estimation using graph-state compilation on a modular superconducting architecture” بررسی می‌کند که چگونه می‌توان کامپیوترهای کوانتومی را برای انجام وظایف علمی ساخت.
نویسندگان این مقاله نتیجه‌گیری می‌کنند که “یک کامپیوتر کوانتومی مقاوم در برابر خطا بر اساس معماری ابررسانای توزیعی، متشکل از دو ماژول، می‌تواند اصولاً ۲,۰۰۰,۰۰۰ physical qubits را در خود جای دهد و می‌تواند برنامه‌های علمی جالبی را در زمان اجرای معقول انجام دهد.”
هیچ‌یک از این مقالات به طور قطع بیان نمی‌کنند که ماشین‌های کوانتومی حوزه‌هایی که بررسی شده‌اند را متحول خواهند کرد. اما همچنین فرض می‌کنند که ماشین‌های مقاوم در برابر خطا روی مشکلات مورد بررسی کار خواهند کرد – و چنین ماشین‌هایی هنوز در مراحل اولیه هستند.
علاقه‌مندان به کوانتوم ممکن است از این که مقالات هنوز تحت بازبینی همتایان قرار نگرفته‌اند دلگرم شوند – به این معنی که ممکن است اشتباه باشند و سرزمین تک‌شاخ‌ها و رنگین‌کمان‌های کوانتومی تنها چند هفته پس از حل شدن تمامی مشکلات توسط هوش مصنوعی که قرار بود توسط کامپیوترهای کوانتومی حل شوند، در انتظار ما باشد.
درباره بروزرسانی عجیب و غریب ویندور ۱۱ بخوانید
