رایانش کوانتومی چیست و چگونه آینده علم و فناوری و داروسازی را تغییر می‌دهد؟

تصور غالب این است که هوش مصنوعی می‌تواند آینده بشریت را تغییر دهد، اما شاید فناوری‌ای که تمام معادلات را تغییر می‌دهد چیز دیگری باشد: رایانش کوانتومی (Quantum Computing).

کد خبر: ۳۷۲۲۸۲

تاریخ : ۲۱ آبان ۱۴۰۴ - ۱۶:۳۶

نوشته

شهرآرانیوز؛ ایجاد دارو‌های انقلابی، آزمایش مواد جدید برای خودرو‌ها و شبیه‌سازی تأثیر سناریو‌های مختلف بازار بر بانک‌ها، تنها چند نمونه از کار‌هایی هستند که حتی با پیشرفته‌ترین رایانه‌های امروزی ممکن است ماه‌ها یا سال‌ها زمان ببرند. اما اگر بتوان این بازه زمانی را به چند دقیقه یا چند ساعت کاهش داد چه؟

این همان وعده‌ای است که رایانش کوانتومی (Quantum Computing) در خود دارد؛ حوزه‌ای که مطالعات درباره آن دهه‌هاست ادامه دارد و در سال‌های اخیر غول‌های فناوری و استارت‌آپ‌ها سرمایه‌گذاری زیادی روی آن انجام داده‌اند.

طبق گزارش سی‌ان‌ان امروز (۲۱ آبان ۱۴۰۴/ ۱۲ نوامبر ۲۰۲۵) شرکت IBM از پردازنده‌ی آزمایشی Loon و تراشه‌ی کوانتومی Nighthawk خود رونمایی کرد که می‌توانند محاسبات پیچیده‌تری درمقایسه با نسل قبل انجام دهند. در دو سال گذشته نیز شرکت‌هایی مانند گوگل، مایکروسافت و دیگر غول‌های فناوری در زمینه‌ی کوانتوم خبر‌های قابل‌توجهی منتشر کرده‌اند.

به گفته‌ی مؤسسه McKinsey & Company، رایانش کوانتومی می‌تواند تا سال ۲۰۳۵ موجب افزایش ۱.۳ تریلیون دلاری ارزش برخی صنایع شود. کارشناسان بر این باورند که این فناوری می‌تواند منجر به تحولات بزرگی در حوزه‌هایی مانند رمزنگاری، مالی، علم و حمل‌ونقل شود، و IBM می‌گوید که فناوری کوانتومی قادر است مسائلی را در چند دقیقه یا چند ساعت حل کند که رایانه‌های کلاسیک برای حل آن به هزاران سال زمان نیاز دارند.

اما راه درازی در پیش است. درک و ساخت رایانه‌ی کوانتومی به‌هیچ‌وجه به معنی ارتقای رایانه‌های فعلی نیست؛ بلکه رویکردی کاملاً متفاوت به رایانش است که بر اصول فیزیک کوانتوم تکیه دارد.

سریدار تایور (Sridhar Tayur)، استاد دانشگاه کارنگی ملون، می‌گوید: «یک جت جنگنده نسخه‌ی سریع‌تری از یک فراری نیست، چون بال دارد. رایانه‌ی کوانتومی هم صرفاً رایانه‌ای سریع‌تر از رایانه‌های کلاسیک نیست، چون اساساً براساس اصل متفاوتی کار می‌کند.»

چه چیزی رایانه‌های کوانتومی را متفاوت می‌کند؟

رایانه‌های معمولی داده‌ها را با زبانی از صفر و یک، یا همان بیت (bit) ذخیره و پردازش می‌کنند. اما در رایانش کوانتومی از بیت‌های کوانتومی یا «کیوبیت» (qubit) استفاده می‌شود. کیوبیت‌ها برخلاف بیت‌ها، می‌توانند به‌طور هم‌زمان صفر و یک باشند و در حالت‌هایی میان صفر و یک نیز وجود داشته باشند؛ ویژگی‌ای که باعث می‌شود پردازش اطلاعات بسیار سریع‌تر انجام شود.

به گفته‌ی آنا استوارت از شبکه CNN، این را می‌توان به سکه‌ای تشبیه کرد که در حال چرخیدن است:

بیت‌ها مانند زمانی‌اند که سکه روی شیر یا خط می‌افتد، اما کیوبیت‌ها سکه در حال چرخش هستند؛ یا حتی سکه‌ای که به‌طور هم‌زمان هم شیر است و هم خط.

اما انتظار نداشته باشید رایانه‌های کوانتومی جای لپ‌تاپ یا تلفن‌همراه شما را بگیرند. این نوع رایانه‌ها برای حل مسائل عظیم و پیچیده در حوزه‌های شیمی، ریاضیات، زیست‌فناوری، محیط‌زیست، مالی، علم مواد و رمزنگاری مناسب‌اند.

برای مثال، گروه BMW و شرکت Airbus با استارت‌آپ کوانتومی Quantinuum همکاری می‌کنند تا بررسی کنند چگونه این فناوری می‌تواند در توسعه‌ی سلول‌های سوختی به کار رود. همچنین، شرکت Accenture Labs، شرکت زیست‌فناوری Biogen و شرکت ۱QBit نیز در حال همکاری روی تحقیقات مربوط به کشف دارو‌های جدید هستند.

به گفته‌ی Accenture، رایانه‌های کوانتومی می‌توانند مولکول‌هایی را مقایسه و مدل‌سازی کنند که برای رایانه‌های کلاسیک بیش از حد بزرگ و پیچیده‌اند.

آناند ناتاراجان (Anand Natarajan)، استاد دانشگاه MIT، می‌گوید:

امید بزرگ این است که یک رایانه‌ی کوانتومی بتواند هر نوع آزمایش شیمیایی یا زیستی‌ای را که در آزمایشگاه انجام می‌دهیم شبیه‌سازی کند.

{$sepehr_key_166381}

کاربرد رایانش کوانتومی در رمزنگاری و امنیت سایبری

ناتاراجان می‌گوید رایانش کوانتومی می‌تواند در حوزه‌ی رمزنگاری و امنیت سایبری تأثیر عمیقی بگذارد، زیرا این فناوری قادر است کد‌هایی را که امروزه برای محافظت از داده‌ها استفاده می‌کنیم، بشکند؛ «بنابراین یکی از انگیزه‌های اصلی این است که مطمئن شویم دشمنان ما زودتر از ما به این توانایی دست پیدا نکنند، و ما خودمان این قابلیت را داشته باشیم.»

روزنامه وال‌استریت ژورنال در ماه اکتبر گزارش داد که چند شرکت فعال در حوزه‌ی کوانتوم در حال مذاکره با وزارت بازرگانی آمریکا درباره‌ی توافق‌هایی هستند که شامل دریافت سرمایه‌گذاری فدرال در ازای سهام مالکیت می‌شود.

با این حال، سخنگوی وزارت بازرگانی به CNN گفته است:

در حال حاضر هیچ‌گونه مذاکره‌ای برای دریافت سهام از شرکت‌های رایانش کوانتومی در جریان نیست.

رقابت برای گشودن قفل رایانش کوانتومی

پیش از آنکه رایانش کوانتومی بتواند مشکلات واقعی را حل کند، چالش‌های بسیاری پیش روی این صنعت است. برای نمونه، کیوبیت‌ها بسیار شکننده‌اند و به‌شدت تحت‌تأثیر عواملی مانند تغییر دما یا نور قرار می‌گیرند.

پردازنده‌ی آزمایشی جدید IBM با نام Loon تلاش می‌کند بر این مانع غلبه کند و نشان دهد که می‌توان رایانه‌ای کوانتومی مقاوم در برابر خطا و در مقیاس بزرگ ساخت که حتی در صورت بروز خطا نیز کارایی خود را حفظ کند. این گامی مهم است، زیرا خطا در رایانش کوانتومی به‌دلیل حساسیت شدید کیوبیت‌ها اجتناب‌ناپذیر است.

جی گامبتا (Jay Gambetta)، مدیر تحقیقات IBM، می‌گوید:

اگر فقط میز را کمی بلرزانم، ممکن است رایانه‌ی کوانتومی از کار بیفتد. اگر کمی نور به داخل نفوذ کند، می‌تواند آن را مختل کند.

از سوی دیگر، تراشه‌ی جدید IBM با نام Nighthawk قادر است دروازه‌های محاسباتی (gates) پیچیده‌تری را اجرا کند؛ همان واحد‌های بنیادی‌ای که رایانه‌های کوانتومی برای پردازش اطلاعات از آن‌ها استفاده می‌کنند.

البته IBM تنها بازیگر میدان رایانش کوانتومی نیست. مایکروسافت در فوریه از تراشه‌ی Majorana ۱ رونمایی کرد که شامل ماده‌ای ویژه است که به گفته‌ی این شرکت، می‌تواند حالت جدیدی از ماده ایجاد کند و کیوبیت‌های پایدارتری تولید کند.

گوگل نیز در دسامبر از تراشه‌ی Willow پرده برداشت که می‌گوید با افزایش تعداد کیوبیت‌ها، میزان خطا را کاهش می‌دهد و قادر است کاری را که رایانه‌های کلاسیک در ۱۰ سپتیلیون (۱۰²⁴) سال انجام می‌دهند، در پنج دقیقه انجام دهد.

چرا هنوز در عرصه رایانش کوانتومی راه زیادی مانده است؟

هیچ‌کس دقیق نمی‌داند چه زمانی رایانش کوانتومی به پتانسیل واقعی خود دست خواهد یافت. ناتاراجان معتقد است ما هنوز ۱۰ تا ۲۰ سال با آن نقطه فاصله داریم.

مک‌کینزی می‌گوید ۷۲ درصد از مدیران فناوری، سرمایه‌گذاران و دانشگاهیانی که با آن‌ها مصاحبه کرده، بر این باورند که رایانه‌ی کوانتومیِ کاملاً مقاوم در برابر خطا تا سال ۲۰۳۵ ساخته خواهد شد. IBM نیز پیش‌بینی می‌کند تا پایان همین دهه به این هدف دست یابد. اما هنگامی که این اتفاق بیفتد، مزایا می‌تواند شگفت‌انگیز باشد.

به گفته‌ی تایور از دانشگاه کارنگی ملون «در حال حاضر، در واقع ما داریم جراحی مغز را با قاشق و چنگال انجام می‌دهیم. اما برای جراحی واقعی مغز، به ابزار‌هایی بسیار دقیق‌تر نیاز است، و این ابزار‌های دقیق‌تر همان وعده‌ی رایانه‌ی کوانتومی هستند.»

{$sepehr_key_166382}