دستگاهی شبیه یک لوستر طلایی که سردترین نقطه در جهانِ شناختهشده را در خود جای داده است. این دستگاه فقط قدرتمندترین رایانه دنیا نیست؛ بلکه برای امنیت امور مالی، بیتکوین، اسرار دولتی، اقتصاد جهانی و خیلی چیزهای دیگر نقشی کلیدی دارد.
رایانش کوانتومی کلید تعیین این مسئله است که کدام شرکتها و کدام کشورها در ادامه قرن بیستویکم برنده و کدام بازنده میشوند.
در تأسیسات گوگل در سانتا باربارای کالیفرنیا، تراشهای به نام «ویلو» (Willow) قرار دارد که در کامپیوتری یک متر بالاتر از زمین معلق است. راستش را بخواهید، این دستگاه اصلاً شبیه چیزی که انتظار میرود نیست. نه خبری از نمایشگر است و نه صفحهکلید؛ چه برسد به هدستهای هولوگرافیک یا تراشههای خواندن ذهن.
ویلو دستگاهی به اندازه یک بشکه نفت متشکل از دیسکهای گرد است که با صدها کابل کنترلی سیاهرنگ به هم متصل شدهاند و به درون یک یخچال حاوی هلیوم مایعِ برنزیرنگ فرو میروند؛ سیستمی که ریزتراشه کوانتومی را در دمایی تنها یکهزارم درجه بالاتر از صفر مطلق نگه میدارد.
این سازه فلزی و دارای سیمپیچ، هم از نظر ظاهر و هم حسوحال، کاملاً یادآور دهه هشتاد میلادی است؛ اما اگر پتانسیل رایانش کوانتومی محقق شود، همین ساختار شبیه عروس دریایی، جهان را از جهات مختلف دگرگون خواهد کرد.
این گزارش از دید خبرنگار BBC نوشته شده که از آزمایشگاه کوانتومی گوگل بازدید کرده است. این خبرنگار در حین بازدید با «هارتموت نوِن» (Hartmut Neven)، رئیس بخش Quantum AI گوگل، ملاقات داشته است.
نوِن شخصیتی تقریباً افسانهای دارد که ترکیبی از نبوغ فناوری و علاقهمند جدی موسیقی تکنو است. او طوری لباس میپوشد که انگار مستقیم از فستیوال موسیقی برنینگمن، که برایش آثار هنری هم طراحی میکند، با اسنوبورد به اینجا آمده است.
مأموریت نوِن تبدیل فیزیک نظری به رایانههای کوانتومی کاربردی است؛ رایانههایی که بتوانند «مسائلی را حل کنند که به هیچ راه دیگری قابل حل نیستند». او قبول دارد که نظرش شاید کمی جانبدارانه باشد، اما میگوید این «لوسترها» بهترین عملکرد را در جهان دارند.
معبدی محرمانه برای علوم پیشرفته
بخش زیادی از گفتوگوی BBC درباره چیزهایی است که این رسانه میگوید اجازه نداشته در این آزمایشگاه از آنها فیلمبرداری کند. این فناوری حیاتی مشمول کنترلهای صادراتی و محرمانگی شدید است و در قلب رقابتی برای برتری تجاری و اقتصادی قرار دارد. چراکه حتی کوچکترین مزیت – از شکل قطعات جدید گرفته تا جایگاه شرکتها در زنجیره تأمین جهانی – میتواند به اهرم قدرت تبدیل شود.
در این معبد علمی پیشرفته، حالوهوایی کاملاً کالیفرنیایی به چشم میخورد. هر رایانه کوانتومی نامی خاص دارد؛ مثل Yakushima یا Mendocino. هرکدام در دل یک اثر هنری معاصر پیچیده و دیوارها با نقاشیهایی به سبک گرافیتی تزئین شدهاند که زیر نور درخشان آفتاب زمستانی میدرخشند.
نوِن جدیدترین تراشه کوانتومی گوگل با نام Willow را بالا میگیرد؛ تراشهای که به گفته او دو نقطه عطف مهم را رقم زده است. نوِن میگوید این تراشه به بحثی قدیمی پایان داده است: اینکه آیا رایانههای کوانتومی میتوانند کارهایی انجام دهند که رایانههای کلاسیک از انجامشان عاجزند یا خیر.
ویلو همچنین یک مسئله معیار را در عرض چند دقیقه حل کرده؛ مسئلهای که حل آن با بهترین رایانههای فعلی دنیا حدود ۱۰ سپتیلیون سال زمان میبرد؛ یعنی بیش از یک تریلیون تریلیون سال، عددی با ۲۵ صفر، و حتی بیشتر از عمر کل جهان.
این نتیجه نظری اخیراً در الگوریتمی به نام Quantum Echoes به کار گرفته شده؛ الگوریتمی که اجرای آن برای رایانههای معمولی غیرممکن است و به کمک همان فناوری مورد استفاده در دستگاههای MRI، به یادگیری ساختار مولکولها کمک میکند.
نوِن با شور و هیجان از کاربردهایی میگوید که به باور او تراشه کوانتومی ویلو میتواند «برای حل بسیاری از مشکلاتی که بشر امروز با آنها روبهروست» داشته باشد.
او میگوید: «[رایانه کوانتومی] به ما کمک میکند داروها را کارآمدتر کشف کنیم، تولید غذا را بهینهتر کنیم، انرژی تولید کنیم، انرژی را منتقل و ذخیره کنیم… و با تغییرات اقلیمی و گرسنگی بشر مقابله نماییم.»
نوِن اضافه میکند: «این فناوری به ما امکان میدهد طبیعت را بسیار بهتر بفهمیم و بعد از رازهایش رمزگشایی کنیم تا فناوریهایی بسازیم که زندگی را برای همه ما دلپذیرتر کند.»
برخی پژوهشگران معتقدند هوش مصنوعی واقعی، تنها با رایانش کوانتومی بهطور کامل ممکن خواهد شد. اعضایی از تیم حاضر در این آزمایشگاه، بهتازگی جایزه نوبل را برای پژوهشهای اولیه درباره «کیوبیتهای ابررسانا» که در این سیستم به کار میروند، دریافت کردهاند.
تراشه ویلو ۱۰۵ کیوبیت دارد. تلاش کوانتومی مایکروسافت فعلاً به ۸ کیوبیت رسیده، اما از رویکردی متفاوت استفاده میکند. رقابت جهانی بر سر رسیدن به یک میلیون کیوبیت است؛ دستگاهی در مقیاس کاربردی که میتواند شیمی کوانتومی و طراحی دارو را بدون خطا انجام دهد. بااینحال، این فناوری بسیار شکننده است.
آنچه اینجا رخ میدهد، در سراسر جهان با دقت زیر نظر گرفته میشود. پروفسور سر «پیتر نایت» (Peter Knight)، رئیس هیئت مشاوره راهبردی برنامههای ملی فناوری کوانتومی بریتانیا، میگوید ویلو مرزهای تازهای را جابهجا کرده است.
او میگوید: «همه این ماشینها هنوز در حد مدلهای اسباببازی هستند و خطا دارند. پس به تصحیح خطا نیاز است. ویلو اولین سیستمی بود که نشان داد میتوان با چرخههای تکرارشونده تعمیر، تصحیح خطا انجام داد و بهبود ایجاد کرد.»
به گفته او، این دستاورد فناوری را در مسیری قرار داده که شاید طی هفت یا هشت سال آینده – نه دو دههای که قبلاً تصور میشد – بتواند با دقت، یک تریلیون عملیات را انجام دهد.
اگر یکچهارم نخست این قرن با ظهور اینترنت و سپس هوش مصنوعی تعریف شد، ۲۵ سال آینده بیتردید آغاز عصر کوانتوم خواهد بود.
فناوری رایانش کوانتومی چگونه کار میکند؟
فرض کنید دنبال یک توپ تنیس در میان هزار کشوی بسته هستید. یک رایانه کلاسیک هر کشو را یکییکی باز میکند. اما یک رایانه کوانتومی همه آنها را همزمان باز میکند. یا به بیان دیگر، اگر در رایانش معمولی برای بازکردن صد درِ کشو به صد کلید نیاز باشد، رایانش کوانتومی این امکان را میدهد که همه صد در را با یک کلید، آن هم در لحظه، باز کنید.
این دستگاهها برای همه کاربران مناسب نخواهند بود. قرار نیست به گوشیها، عینکهای هوشمند یا لپتاپها راه پیدا کنند. اما نکته اینجاست که قدرت آنها بهصورت نمایی رشد میکند و همه بازیگران بزرگ وارد این میدان شدهاند.
خبرنگار BBC میگوید از «جنسن هوانگ»، مدیرعامل انویدیا، پرسیده بود که آیا این موضوع تهدیدی برای مدل کسبوکار او – تأمین تراشههای تخصصی برای هوش مصنوعی – محسوب میشود یا نه. هوانگ این چنین پاسخ داده بود: «نه، پردازنده کوانتومی در آینده بهعنوان بخشی از یک رایانه، به این سیستمها اضافه خواهد شد.»
یکی از رهبران بریتانیایی این حوزه نیز به آنچه در جهان کوانتومی بر سرش رقابت وجود دارد، اشاره میکند: توانایی رمزگشایی همهچیز، از اسرار دولتی گرفته تا بیتکوین. سر پیتر میگوید: «تمام حوزه ارزهای دیجیتال هم باید بهخاطر تهدید رایانش کوانتومی دوباره بررسی شود.»
یکی از شرکای اصلی انویدیا در سال گذشته میلادی گفته بود که هرچند بیتکوین هنوز چند سالی زمان دارد، اما تا پایان این دهه باید به یک بلاکچین قویتر فورک شود.
منابع موجود در صنعت فناوری به مفهومی با عنوان «اکنون ذخیره کن، بعداً رمزگشایی کن» اشاره دارند؛ توصیفی از این باور که نهادهای دولتی دادههای رمزگذاریشده جهان را ذخیره میکنند، به این امید که سیستمهای رایانش نسل بعدی بتوانند آنها را باز کنند.
رقابت جهانی در حوزه کامپیوترهای کوانتومی
بحث رقابت جهانی هم اهمیت زیادی دارد. رویکرد چین کاملاً با مسابقه تجاری در آمریکا و غرب تفاوت دارد. سر پیتر میگوید چین حدود ۱۵ میلیارد دلار منابع به فناوری کوانتومی اختصاص داده که احتمالاً همتراز مجموع تمام برنامههای دولتی سایر کشورهاست.
از سال ۲۰۲۲، چین بیش از هر کشور دیگری مقاله علمی در حوزه کوانتوم منتشر کرده است. این تلاشها تحت رهبری فیزیکدانی پیشگام به نام «پان جیانوی» انجام شده و بخشی کلیدی از چهاردهمین برنامه پنجساله پکن است.
چین تصمیم گرفته که شرکتهای فناوری خود مانند بایدو و علیبابا را از توسعه پژوهشهای مستقل کوانتومی بازدارد و بهجای آن، نیروی انسانی و زیرساختها را در یک نهاد دولتی متمرکز کند. تمرکز چین بر برتری در ارتباطات کوانتومی و ماهوارههاست.
سال گذشته میلادی، پان جیانوی با استفاده از یک فناوری مشابه اما با رویکردی متفاوت از ویلو، رایانه کوانتومی Zuchongzhi 3.0 را توسعه داد و آزمایش کرد و به نتایجی مشابه دست یافت. در پاییز، این سیستم برای استفاده تجاری نیز در دسترس قرار گرفت. همه اینها یادآور پروژه منهتن در جنگ جهانی دوم یا رقابت فضایی قرن بیستویکم است.
بریتانیا یکی از مراکز اصلی پژوهش کوانتومی به شمار میرود. دهها شرکت و پژوهش پیشرفته در این کشور فعالاند و دولت قصد دارد در هفتههای آینده سرمایهگذاری قابل توجهی در این حوزه انجام دهد. این موضوع برای اقتصاد، کاربردهای نظامی و ژئوپولیتیک حیاتی است و انتظار میرود که بریتانیا به سومین قدرت بزرگ این عرصه تبدیل شود.
جهانهای موازی
اما در آزمایشگاه ویلو، پرسشهایی حتی بنیادیتر هم مطرح میشود. سال گذشته، نوِن پیشنهاد داد که سرعت بیسابقه ویلو میتواند از برخی تئوریها درباره وجود جهانهای موازی پشتیبانی کند. بهعبارت دیگر شاید ویلو برای توان محاسباتی خود به جهانهای موازی دسترسی پیدا کرده باشد. البته همه دانشمندان با این دیدگاه موافق نیستند.
نوِن میگوید: «هنوز بحثهای پرشوری در جریان است. همانطور که در بازدید از آزمایشگاه دیدید، دلیل قدرتمندی رایانههای کوانتومی این است که در یک چرخه زمانی میتوانند همزمان به ۲ به توان ۱۰۵ ترکیب دست بزنند. این مسئله باعث میشود بپرسید این چیزهای متفاوت کجا هستند؟… در مکانیک کوانتوم یک نظریه وجود دارد: دیدگاه جهانهای بسیار، که از جهانهای موازی یا واقعیتهای موازی صحبت میکند.»
نوِن تأکید میکند که ویلو این نظریه را اثبات نکرده، اما «نشان میدهد که باید این ایده را جدی بگیریم».
نقطه حاضر لبه علوم جهانی است؛ مرز فناوری، رشد و قدرت. دولت بریتانیا بهزودی صدها میلیون پوند برای رسیدن به سطح ویلو و رقابت با چین هزینه خواهد کرد. همه اینها شبیه داستانهای علمیتخیلی به نظر میرسد، اما بهسرعت در حال تبدیلشدن به واقعیتی اقتصادی است.
نظرات کاربران