محاسبات کوانتومی می‌تواند زیرساخت فیزیکی را متحول کند

با وجود پتانسیل بالای محاسبات کوانتومی برای تغییر همه‌چیز، بسیاری از مدیران صنایع هنوز با این فناوری آشنا نیستند؛ این در حالی است که محاسبات کوانتومی می‌تواند از بلاک چین و هوش مصنوعی هم انقلابی‌تر باشد.

به‌نظر می‌رسد اغلب صنایعی که به نحوی با سیستم‌های فیزیکی سروکار دارند، این فناوری را نادیده می‌گیرند. در یک بررسی غیررسمی روی دو هزار مدیر اجرایی در بخش حمل‌ونقل، لجستیک، ساخت‌وساز و انرژی تنها هشت نفر کلمه‌ی محاسبات کوانتومی را شنیده بودند و تنها دو نفر قادر به توصیف عملکرد آن بودند.

این عدم آگاهی در بسیاری از ابعاد قابل درک است. ارزش محاسبات کوانتومی برای زیرساخت دیجیتالی واضح است اما شفافیت کافی را برای زیرساخت‌های فیزیکی ندارد. با این حال انفجار قدرت و سرعت کامپیوترهای کوانتومی می‌تواند تأثیر زیادی بر سیستم‌های فیزیکی مثل شبکه‌های حمل‌ونقل و تجهیزات داشته باشد. شرکت‌ها، سازمان‌ها و به‌طور کلی دولت‌ها برای ماندن در رقابت و دستیابی به مزایای کامل تحول اقتصادی باید تأثیر محاسبات کوانتومی بر زیرساخت‌ها را در نظر بگیرند.

برخلاف کامپیوترهای کلاسیک که در آن‌ها یک بیت اطلاعات می‌تواند صفر یا یک باشد، کامپیوترهای کوانتومی می‌توانند از طریق پدیده‌ای به نام برهم نهی از یک حالت سوم هم استفاده کنند. در این حالت یک بیت کوانتومی یا کیوبیت می‌تواند صفر، یک یا هم‌زمان هر دو مقدار باشد. نتیجه‌ی این برهم‌نهی، افزایش نجومی ظرفیت کامپیوتر در سخت‌افزار ترانزیستوری است. برای مثال گوگل به این نتیجه رسیده است که ماشین‌های کوانتومی می‌توانند بعضی الگوریتم‌ها را ۱۰۰ میلیون برابر سریع‌تر از پردازنده‌های متداول اجرا کنند.

یخچال رقیق‌کننده و واحد پردازش کوانتومی داخل یک سیستم D-Wave 2000Q

بعضی بخش‌های خصوصی در حال توسعه‌ی برنامه‌های زیرساختی محاسبات کوانتومی هستند؛ برای مثال فولکس‌واگن در حال کار روی محاسبات کوانتومی برای سیستم مدیریت ترافیک است. اگرچه برنامه‌های AI مبتنی بر سخت‌افزارهای معمولی خودروها و خیابان‌های کنونی را هوشمندتر کرده‌اند، اما نمی‌توانند خود را با سرعت پردازشی و توان کامپیوترهای کوانتومی تطبیق دهند.

فولکس‌واگن امیدوار است راه‌حلی برای پیش‌بینی ساعت‌های الگوی ترافیک، کاهش ازدحام، پیش‌بینی تقاضا برای عبور انبوه و خدمات اشتراک‌گذاری خودرو ارائه دهد. این شرکت با تحلیل میلیاردها نقطه‌ی داده‌ای منحصربه‌فرد از ۱۰٬۰۰۰ تاکسی و راننده‌ی تاکسی و همین‌طور تحلیل الگوهای رفتاری کاربران تلفن همراه در زمان واقعی از ترکیب محاسبات کوانتومی و معمولی برای بهینه‌سازی مسیرهای تاکسیرانی در پکن استفاده کرده است. کامپیوترهای معمولی برای اجرای وظایف مشابه نیاز به زمان طولانی‌تری دارند، به همین دلیل پیاده‌سازی زمان واقعی دستورها دشوار می‌شود. علاوه‌بر این، فورد هم به‌دنبال استفاده از محاسبات کوانتومی برای ایجاد تحول در صنعت حمل‌ونقل است.

همچنین از این فناوری می‌توان برای بهینه‌سازی مسیرهای ترافیک هوایی بر اساس یک مقیاس ملی و حذف تأخیر‌های مربوط به کنترل ترافیک هوایی استفاده کرد. در آینده‌ای نزدیک حتی یک کامپیوتر کوانتومی هم می‌تواند تمام ابعاد زیرساخت حمل‌ونقل شهری از خودروهای خودکار تا چراغ‌های راهنما را کنترل کند. این سطح از یکپارچه‌سازی بازدهی بالایی را در حوزه‌ی حمل‌ونقل به‌دنبال خواهد داشت.

بخش‌های دیگر زیرساخت هم از تحولات کوانتومی سود می‌برند. کامپیوترهای کوانتومی امکان فعالیت بهینه در مقیاس بزرگ را به شبکه‌های الکتریکی هوشمند می‌دهند. شبکه‌های کوچک برای تخصیص برق بر اساس تقاضا از سنسورها، تحلیل‌های داده‌ای و سخت‌افزار استفاده می‌کنند. شبکه‌های هوشمند به لطف ظرفیت بالای کامپیوترهای کوانتومی می‌توانند در یک حوزه‌ی جغرافیایی گسترده و به‌صورت دقیق‌تر به نیازها پاسخ دهند.

امروزه به‌سختی می‌توان تمام کاربردهای محاسبات کوانتومی را پیش‌بینی کرد. ماشین‌های کوانتومی در حوزه‌های رمزنگاری، یادگیری ماشین و خدمات مالی به‌خوبی مستندسازی شده‌اند؛ اما توان آن‌ها برای متحول ساختن سیستم‌های فیزیکی هنوز در دست بررسی است.

مدیران زیرساخت بخش‌های خصوصی و عمومی می‌توانند از محاسبات کوانتومی و توانایی آن برای چند برابر ساختن قابلیت‌های فناوری‌های نوظهور مانند هوش مصنوعی و اینترنت اشیا استفاده کنند این فناوری‌ها حمل‌ونقل، لجستیک، تأسیسات و ارتباطات راه دور را هم متحول خواهند کرد.

اگرچه علوم کامپیوتر و فیزیک در طول تاریخ دغدغه‌ی مهندسان عمران، سازه و مکانیک و دنیای زیرساخت نبوده‌اند اما این جریان به‌زودی تغییر خواهد کرد. تغییر زیرساخت می‌تواند به ماندن کشورها در رقابت پویا کمک کند.