رایانه کوانتومی: آغاز عصری نو در حوزه رایانش و محاسبات، در مصاحبه با بنیان‌گذار شرکت Systems D-Wave

تاریخ : ۳۱ تیر ۱۳۹۶

تعداد بازدید : ۵۲۰

0 امتیاز از 0 رای
نسخه چاپی
موضوعات :

شرکت Systems D-Wave، شرکتی در زمینه رایانش کوانتومی است که از سال 1999 در ایالت بریتیش کلمبیا در کشور کانادا آغاز به کار کرد. در ۱۱ می ۲۰۱۱، این شرکت از رایانه کوانتومی خود با نام D-Wave One به عنوان «اولین رایانه تجاری قابل‌دسترس کوانتومی جهان» با پردازنده ۱۲۸ کیوبیت رونمایی کرد. در می ۲۰۱۳ این شرکت اعلام کرد که طی همکاری بین ناسا، انجمن پژوهش فضایی دانشگاه‌ها و گوگل، یک آزمایشگاه هوش مصنوعی کوانتومی ایجاد کرده است که از رایانه کوانتومی ۵۱۲ کیوبیتی D-Wave Two برای پژوهش در زمینه هوش مصنوعی، یادگیری ماشینی و مسئله بهینه‌سازی بهره می‌برد. در 28 سپتامبر 2015 یکی از جدیدترین محصولات این شرکت با نام D-Wave 2X با پردازنده 1000+ کیوبیت در آزمایشگاه هوش مصنوعی کوانتومی نصب و راه‌اندازی شد. در حال حاضر نیز پیشرفته‌ترین دستگاه این شرکت ظرفیتی معادل 2000 کیوبیت دارد و در اختیار ناسا و سایر متقاضیان این فناوری قرار دارد. در ادامه، متن سخنرانی جوردی رُز (Geordie Rose) مدیر ارشد فناوری، بنیان‌گذار و مدیرعامل سابق این شرکت در رابطه با ماهیت رایانه‌های کوانتومی در کنفرانس ideacity آمده است

رایانش کوانتومی یک مفهوم بسیار فنی است و من قصد ندارم در مورد جزئیات خاص آن صحبت کنم، اما در ادامه ایده‌ای در خصوص مفهوم و کاربرد آن به شما ارائه می‌دهم. من سه فرزند دارم که کوچکترین آنها 4 سال و بزرگترین آنها هشت سال سن دارد. خلق و خوی آنها بسیار متفاوت است اما در یک چیز اشتراک دارند. آنها دوست دارند همیشه همراه با یک فرد یا یک چیز باشند و با آن ارتباط برقرار کنند. مثلا یک دوست یا یک اسباب‌بازی که آن را دوست داشته باشند. به ویژه پسر وسط من جیمز، عاشق یک عروسک کوچک خرسی است. این عروسک یک کلاه کوچک، تنگ و بچگانه دارد و تعداد زیادی از آن در فروشگاه‌ها وجود ندارد. یک روز پسرم می‌خواست که با برادر بزرگترش در اتاق خواب بخوابد و برادر بزرگترش به وی اجازه این کار را نمی‌داد و او بسیار غمگین و محزون بود. او می‌ترسید که تنهایی بخوابد و ما در آن زمان بود که عروسک خرسی را برایش گرفتیم. او به من گفت این خرس واقعی نیست و من به او اطمینان خاطر دادم که این عروسک به مانند هر چیز دیگر در دنیا واقعی است. او گفت اما عروسک نمی‌تواند صحبت یا حرکت کند. من به او گفتم: منظورت این است که آن زنده نیست؟ و او گفت بله همنیطور است.

برای بسیاری از کودکان، مفهوم زنده‌بودن با مفهوم واقعی‌بودن به نحوی به هم متصل است. مفهوم رایانه کوانتومی و دنیای کوانتوم هم وضعیت مشابهی دارد. این مفاهیم در عین حال که واقعی هستند، اما ملموس و قابل‌مشاهده نیستند و به همین علت فهم آن برای بسیاری از افراد دشوار است. رایانه کوانتومی از جمله مباحثی است که دانشمندان اخیرا توجه ویژه‌ای به آن دارند. شاید بتوان گفت ده‌ها هزار نفر از باهوش‌ترین مردم جهان در تلاش‌اند ساختار و منطق این ماشین‌آلات را بفهمند. طی 15 سال گذشته، من فهمیدم که دانشمندان فعال در این زمینه به دو دسته تقسیم می‌شوند و نیمی از آنها کاملا مجذوب فیزیک این ماشین‌ها شده‌اند. یک دانشمند محترم و در واقع بنیان‌گذار یک شرکت در این حوزه می‌گوید: «محاسبات کوانتومی، اولین فناوری خواهد بود که به ما اجازه می‌دهد میان جهان‌های موازی ارتباط برقرار کنیم.»

طبق فیزیک نظری و یک پیش‌بینی مشخص، تعداد زیادی از واقعیت‌های موازی به مانند جهان ما وجود دارند که دارای انسجام‌های تاریخی متفاوتی با هم هستند. تصور کنید جهان‌های بی‌شماری با قوانین فیزیکی یکسان وجود داشته باشند که تصمیم‌گیری‌های مختلف در آن‌ها تا سطح ذرات میکروسکوپی منجر به نتایج متفاوتی خواهد شد. از وعده شامی که میل می‌کنید تا حضور یا عدم حضور شما در این کنفرانس.

طبق رویکرد مکانیک کوانتوم، همه‌چیز از جمله هر چیزی که شما به یاد می‌آورید، واقعی هستند و این عجیب و غریب است چرا که ما همه‌چیز را نمی‌بینیم و حس نمی‌کنیم. علم در حال حاضر به نقطه‌ای رسیده است که دستیابی به سایر جهان‌ها با ماشین‌آلات ساخت بشر دور از انتظار نیست. رایانه‌های کوانتومی شاید هیجان‌انگیزترین این ماشین‌ها باشند که تا حدی آن را درک کرده‌ایم. اغلب مردم با یک پیش‌زمینه فیزیکی عاشق این هستند که دنیا را بفهمند. آنها می‌خواهند بفهمند که جهان چگونه کار می‌کند. اینکه این ماشین‌ها چگونه قادر به حل مسائل عجیب و غریب هستند را فعلا باید فراموش کنیم. اما اگر شما بتوانید یکی از این ماشین‌ها را بسازید، مسائلی را حل خواهید کرد که قبلا غیرقابل‌حل بودند. ماشین‌هایی که از جنس سیلیکون و دارای پردازنده اینتل هستند، قادر به حل طیف وسیعی از مشکلات نیستند. اما این مشکلات با رایانه‌های کوانتومی قابل‌حل هستند. این امر بسیار هیجان‌انگیز است و حس قدرت و توانمندی را به بشریت القا می‌کند.

از نظر اندازه، رایانه‌های کوانتومی بیش از حد بزرگ هستند و با توجه به شرایط نگهداری و قیمت آنها، مصارف خانگی ندارند. اما شما می‌توانید آنها را به یک محل بزرگتر انتقال دهید و از آن به عنوان یک منبع مشترک استفاده کنید و خدماتی را به کل جهان ارائه و پیشنهاد دهید.

شباهتی عملکردی میان این ماشین‌ها با هواپیما وجود دارد. زمانی‌که هواپیمای برادران رایت ساخته شد، یک اسب می‌توانست سرعت و قدرت بیشتری را نسبت به موتور آن تامین کند. اما هواپیما چیزی فراتر از این را به بشریت اعطا کرد و آن دسترسی به بعد سوم بود. این نوع از کامپیوترها نیز در همان راه قدم برداشته‌اند. آنها هنوز خیلی قدرتمند نیستند اما برخی از کارها را به صورت کاملا متفاوتی از رایانه‌های معمولی انجام می‌دهند. به کمک این ماشین‌ها می‌توان به منابع جدیدی دسترسی پیدا کرد که ممکن است نام آن‌ها را جهان‌های موازی بگذارید. می‌توانید کارهایی را انجام دهید که قبلا نمی‌توانستید. در حال حاضر ناسا و گوگل به دنبال این هستند تا به کمک قدرت محاسباتی این رایانه‌ها، ماشین‌ها و روبات‌های شبیه انسان بسازند. اگرچه طبق باور من این کار اشتباه است، اما شدنی است. بسیاری از مراکز و افراد به دنبال ایده‌های محاسباتی جدید و جذاب هستند تا ماشین‌های هوشمند بهتری را تولید کنند. از نظر من هم چیزی جالب‌تر و هیجان‌انگیزتر از این نیست که بتوانیم از رایانه‌های کوانتومی برای ساخت ماشین‌های هوشمند استفاده کنیم.
تصاویر رایانه‌های کوانتومی که در ادامه می‌بینید، از آزمایشگاه ما در برنابی در بریتیش کلمبیا گرفته شده است. از بیرون، این ماشین‌ها شبیه دو جسم غول‌پیکر سیاه هستند که هر کدام 3 متر ارتفاع و 4 متر عرض دارند. آنها بسیار مجهز هستند و در یک محیط بسیار سرد در کنار خنک‌کننده‌ها در دمایی نزدیک به صفر مطلق فعالیت می‌کنند. این دما صدها بار سردتر از فضای کهکشان است و سردترین شرایطی است که انسان تا به حال توانسته به آن دست یابد.

filereader.php?p1=main_fad58de7366495db4

این یخچال جالب که با نام pulse tube dilution شناخته می‌شود، تقریبا در هر ثانیه صدایی شبیه به ضربان قلب را از خود ساطع می‌کند. در قلب این جعبه بزرگ یک چیپ کوچک است که این جسم غول‌پیکر را به حرکت در می‌آورد. من قصد ندارم به سراغ جزئیات ریاضی بروم، اما می‌خواهم توصیفی کلی از نحوه عملکرد دستگاه در اختیار شما قرار دهم. در مکانیک کلاسیک مفهومی وجود دارد که طبق آن، یک چیز می‌تواند دو حالت مختلف به خود بگیرد که متقابلا منحصر به فرد هستند. اما در مکانیک کوانتوم شما منحصر به یک حالت نمی‌شوید و می‌توانید هم روی سکه باشید و هم پشت سکه و این همان تفاوت و مقدار کوچکی است که به نام کیوبیت در چیپ شناخته می‌شود. کیوبیت بسیار شبیه به یک ذره یا یک ترانزیستور در یک کامپیوتر معمولی است که دارای دو حالات فیزیکی مجزا 0 و 1 است. با این تفاوت که می‌تواند هم مقدار 0 و هم یک را بگیرد یا هیچکدام را نگیرد و در واقع، محدود به یک حالت نیست. در یک رایانه کوانتومی، دستگاه می‌تواند در وضعیت عجیبی قرار گیرد و در مکانی‌ باشد که دو جهان موازی در آن همپوشانی دارند. زمانی‌که شما تعداد این دستگاه‌ها را افزایش می‌دهید، کیوبیت‌های بیشتری روی یک چیپ اضافه می‌کنید و این جهان‌های موازی را چند برابر می‌کنید. من فکر می‌کنم سایه‌های این جهان‌های موازی با جهان ما همپوشانی دارند و اگر ما به اندازه کافی باهوش باشیم می‌توانیم داخل آنها شیرجه بزنیم، به منابع آنها چنگ بزنیم و آنها را به به سمت خود بکشانیم و بر جهان خود تاثیر بگذاریم. بنابرین اگر بتوانیم قدرت رایانه‌ها و در واقع تعداد کیوبیت‌های آنان را افزایش دهیم، احتمال موفقیت‌مان افزایش پیدا می‌کند.

ما در روند پیشرفت خود، قانون مور در مورد چیپ‌های سیلیکونی را مدنظر قرار داده‌ایم و این قانون را در ادبیات کاری خود تعریف کرده‌ایم. طبق نسخه کوانتومی این قانون، تعداد کیوبیت‌ها روی تراشه‌ها باید هر سال دو برابر شود. در طول 9 سال گذشته، هر سال تعداد کیوبیت‌ها دو برابر شده‌ است و این روند همچنان ادامه دارد. با مقایسه دستگاه موجود در دانشگاه کالیفرنیای جنوبی (2010) با دستگاه گوگل و ناسا (2012)، مشاهده می‌کنید که تعداد کیوبیت در این دستگاه‌ها طبق این قاعده از 128 عدد در سال 2010 به 512 عدد در سال 2012 رسیده است. این در حالی است که این افزایش در تعداد کیوبیت، سرعت رایانه‌ها را تا 500 هزار بار افزایش داد! بنابرین این ماشین‌ها در حال پیشرفت هستند و این پیشرفت بسیار سریع است.

در ادامه و به عنوان حسن ختام بحث قصد دارم که تعدادی از پیش‌بینی‌های خود را در خصوص پیشرفت‌های این حوزه خدمت شما عنوان کنم. پیش‌بینی به دلایل مختلف خطرناک است چون اغلب درست از آب درنمی‌آید. اما به نظر من بسیار مهم است، زیرا پیش‌بینی‌ها امیال و مقاصد درونی ما و اطراف ما را نشان می‌دهند. البته در میان افراد حاضر در دره سیلیکون و شاید به طور کلی‌تر در ایالات متحده، باور و حسی منفی نسبت به توسعه فناوری ایجاد شده است. علت آن هم وجود گستره وسیعی از افراد باهوش در جامعه است که در حوزه فناوری دست به کارهایی می‌زنند که اهمیت ندارد یا به نتیجه خوبی نمی‌انجامد. بنابرین من دلیل این باور منفی را انجام کارهای راحت و سطح پایین می‌دانم. اما رایانه‌ها مدت زیادی در میان ما نبودند و هرچه زمان می‌گذرد، توجه مردم از چیزهایی مانند توییتر و فیس‌بوک به موارد بسیاری مهم‌تری جلب می‌شود.

احتمال رخداد مواردی که در ادامه عرض می‌کنم بسیار پایین است ولی تفکر در خصوص این موارد خالی از لطف نیست. طبق اولین پیش‌بینی من، ناسا طی 5 سال آینده، یک سیاره شبیه زمین با اتمسفر و آب و خاک مشابه پیدا خواهد کرد و این رایانه‌ها کمک خواهند کرد که مردم به آن سیاره سفر کنند.

پیش‌بینی دوم من این است که تا سال 2023، جهان‌های موازی به یکی از موضوعات مهم علمی تبدیل خواهد شد. همانند زمانی که اینشتین نظریه نسبیت خود را مطرح کرد. اثبات این نظریه نیازمند مجموعه‌ای از آزمایش‌ها بود و یکی از آنها بدین شرح بود: «اگر یک نقطه نور در فاصله بسیار دوری در میانه کهکشان قرار گرفته باشد، کهشکشان نور را خم می‌کند و شما نور را به شکل یک حلقه می بینید.» این آزمایش در نهایت انجام شد. به نحوی مشابه، با انجام آزمایش‌هایی به کمک رایانه‌های کوانتومی خواهیم توانست ماهیت جهان‌های موازی را از نظر فیزیکی اثبات کنیم.

به عنوان سومین و مهم‌ترین پیش‌بینی، من معتقدم بشریت تا سال 2028 در آستانه مهم‌ترین انقلاب اجتماعی فناورانه قرار خواهد گرفت، زمانی‌که ماشین‌های ساخته دست بشر در هر زمینه‌ای از خود او سبقت می‌گیرند، نه فقط در اموری مانند محاسبه یا جستجو، بلکه در تمامی امور. ما خیلی به این نقطه نزدیک هستیم و به نظرم در 15 سال آتی به آن می‌رسیم و ماشین‌ها در تمامی زمینه‌ها از ما پیشی می‌گیرند.

نظر شما