کامپیوتر های کوانتومی در برابر ابر رایانه های کلاسیک

رقابت بین کامپیوتر های کوانتومی و ابر رایانه های کلاسیک به یکی از جذاب ترین و پیچیده ترین موضوعات در دنیای فناوری و علوم کامپیوتر تبدیل شده است. این رقابت نه تنها نشان دهنده پیشرفت‌های شگرف در هر دو حوزه است، بلکه سوالات بنیادینی درباره آینده محاسبات و توانایی‌های بشر در حل مسائل پیچیده مطرح می‌کند.

در یک رویداد اخیر، محققان ادعا کرده‌اند که یک پردازنده کوانتومی خاص، موسوم به پردازنده کوانتومی آنیلینگ، توانسته است یک مسئله پیچیده واقعی را در عرض چند دقیقه حل کند، در حالی که یک ابر رایانه کلاسیک برای حل همان مسئله به میلیون‌ها سال زمان نیاز دارد. این ادعا در تاریخ ۱۲ مارس در مجله Science منتشر شد.

پبا این حال، گروه دیگری از محققان مدعی شده‌اند که توانسته‌اند بخشی از همین مسئله را با استفاده از یک ابر رایانه کلاسیک در حدود دو ساعت حل کنند. این تناقض‌ها نشان دهنده رقابت شدید و پیشرفت‌های موازی در هر دو حوزه است.

کامپیوتر های کوانتومی در مقابل ابر رایانه  های کلاسیک

کامپیوتر های کوانتومی با استفاده از اصول مکانیک کوانتومی، قابلیت‌هایی فراتر از کامپیوترهای کلاسیک ارائه می‌دهند. این کامپیوترها از بیت‌های کوانتومی یا کیوبیت‌ها (Qubits) استفاده می‌کنند که می‌توانند همزمان در چندین حالت وجود داشته باشند. این ویژگی به کامپیوترهای کوانتومی اجازه می‌دهد تا مسائل خاصی را بسیار سریع‌تر از کامپیوترهای کلاسیک حل کنند. با این حال، این قابلیت‌ها هنوز در مراحل اولیه خود قرار دارند و به طور کامل در مسائل واقعی و فیزیکی به کار گرفته نشده‌اند.

در این رقابت اخیر، محققان شرکت D-Wave Quantum Inc. در برنابی کانادا، از یک کامپیوتر کوانتومی مجهز به پردازنده آنیلینگ استفاده کردند. این پردازنده‌ها با پردازنده‌های کوانتومی معمولی متفاوت هستند و در انجام وظایف خاصی مانند مسائل بهینه سازی عملکرد بهتری دارند. پردازنده‌های آنیلینگ به دلیل اتصال کیوبیت‌ها به تعداد زیادی از کیوبیت‌های دیگر، قادر به حل مسائل بزرگ‌تری هستند.

شبیه سازی دینامیک کوانتومی با استفاده از شیشه‌های اسپینی: یک گام بزرگ در علم مواد

محققان D-Wave در این مطالعه، از پردازنده کوانتومی آنیلینگ برای شبیه سازی دینامیک کوانتومی با استفاده از آرایه‌هایی از قطعات مغناطیسی بی نظم، معروف به شیشه‌های اسپینی (Spin Glasses)، استفاده کردند. این شبیه سازی برای علم مواد بسیار مهم است، زیرا درک تکامل چنین سیستم‌هایی می‌تواند به طراحی فلزات جدید کمک کند.

محمد امین، دانشمند ارشد D-Wave، تاکید می‌کند که این شبیه سازی‌ها برای مواد مغناطیسی که در صنعت و زندگی روزمره بسیار مهم هستند، کاربرد دارند. این مواد در دستگاه‌هایی مانند تلفن‌های همراه، هارد دیسک‌ها و حسگرهای پزشکی تخصصی استفاده می‌شوند.

محققان D-Wave شبیه سازی‌هایی را در دو، سه و بی‌نهایت بعد انجام دادند و پس از تلاش برای حل مسئله با استفاده از تقریب‌ها روی یک ابر رایانه، به این نتیجه رسیدند که حل این مسئله در یک بازه زمانی معقول امکان‌پذیر نیست. اندرو کینگ، دانشمند کامپیوتر کوانتومی در D-Wave، این نتیجه را یک نقطه عطف در محاسبات کوانتومی می‌داند و ادعا می‌کند که برای اولین بار برتری کوانتومی (Quantum Supremacy) در یک مسئله واقعی و مورد علاقه علمی نشان داده شده است.

چالش‌های پیش رو و ادعاهای متضاد: آیا ابر رایانه‌های کلاسیک هنوز برتر هستند؟

با این حال، این ادعا بدون چالش نبوده است. کینگ و همکارانش پیش نویس اولیه مقاله خود را حدود یک سال پیش در arXiv.org منتشر کردند، که به گروه دیگری از محققان فرصت داد تا یافته‌های آن‌ها را بررسی کنند.

جوزف تیندال، دانشمند کامپیوتر کوانتومی در مؤسسه Flatiron در نیویورک، و همکارانش بخشی از همان مسئله را با استفاده از یک کامپیوتر کلاسیک شبیه سازی کردند. آن‌ها از یک الگوریتم ۴۰ ساله به نام انتشار باور (Belief Propagation) که معمولا در هوش مصنوعی استفاده می‌شود، بهره بردند. نتایج آن‌ها که در ۷ مارس به arXiv.org ارسال شده اما هنوز مورد بررسی هم‌تاوانی قرار نگرفته است، ادعا می‌کند که در برخی موارد سیستم‌های دو و سه بعدی، دقت بیشتری نسبت به کامپیوتر کوانتومی داشته‌اند.

تیندال و همکارانش در پیش نویس مطالعه خود نوشته‌اند: برای مسئله شیشه اسپینی مورد نظر، روش کلاسیک ما به طور قابل توجهی از سایر روش‌های گزارش شده بهتر عمل می‌کند. در دو مورد، ما توانستیم به خطاهای به مراتب کمتری نسبت به روش آنیلینگ کوانتومی استفاده شده توسط سیستم D-Wave Advantage2 دست یابیم.

رقابت در شبیه سازی سیستم‌های بی‌نهایت بعدی: جایی که کامپیوترهای کوانتومی بی همتا هستند

با این حال، کامپیوتر کوانتومی در شبیه سازی سیستم‌های بی نهایت بعدی به طور غیرقابل انکاری بهتر عمل کرد. اگرچه این سیستم‌ها به طور دقیق فیزیکی نیستند، اما برای بهبود هوش مصنوعی مفید هستند. دانیل لیدار، فیزیکدان و مدیر مرکز محاسبات کوانتومی در دانشگاه کالیفرنیای جنوبی، تاکید می‌کند که شبیه سازی کلاسیک این سیستم‌ها نیاز به روش‌های کاملا متفاوتی نسبت به سیستم‌های دو و سه بعدی دارد و این که آیا این کار امکان‌پذیر است یا نه، هنوز یک سوال باز است.

جمع بندی

این رقابت نشان دهنده پیشرفت‌های موازی در هر دو حوزه کامپیوترهای کوانتومی و ابر رایانه های کلاسیک است. در حالی که کامپیوترهای کوانتومی توانایی‌های بالقوه‌ای برای حل مسائل خاص نشان داده‌اند، ابر رایانه های کلاسیک نیز با استفاده از الگوریتم‌های بهینه سازی و روش‌های جدید، همچنان رقیبی سرسخت هستند. آینده این رقابت به پیشرفت‌های بیشتر در هر دو حوزه و همچنین به توانایی‌های آن‌ها در حل مسائل واقعی و کاربردی بستگی دارد.

این تناقض‌ها و چالش‌ها نه تنها نشان دهنده پیچیدگی این حوزه است، بلکه بر اهمیت ادامه تحقیقات و همکاری بین رشته‌ای برای دستیابی به راه حل‌های نوآورانه تاکید می‌کند.

در نهایت، این رقابت می‌تواند به پیشرفت‌های چشمگیری در علم مواد، هوش مصنوعی و سایر حوزه‌های فناوری منجر شود. سوال این است: آیا کامپیوترهای کوانتومی به زودی جایگزین ابر رایانه های کلاسیک خواهند شد، یا این که این دو فناوری در کنار هم به تکامل خود ادامه خواهند داد؟ پاسخ به این سوال نه تنها آینده محاسبات، بلکه آینده بسیاری از صنایع و علوم را شکل خواهد داد.

__ تکنو دات مرجع اخبار تکنولوژی __