IBM کامپیوتر کوانتومی ۲۰ کیوبیتی برای محاسبات ابری عرضه می‌کند
IBM از سال گذشته با راه‌اندازی نسخه‌ی ۵ کیوبیتی کامپیوترهای پیشرفته، ارائه‌ی محاسبات کوانتومی به‌عنوان یک سرویس ابری را آغاز کرده است. این کمپانی روز جمعه‌ی هفته‌ی گذشته از قصد خود برای ارائه‌ی کامپیوتر کوانتومی ۲۰ کیوبیتی به بازار تا ۱۸ ماه آینده خبر داد. گفتنی است که کیوبیت واحد اطلاعات کوانتومی (معادل بیت در کامپیوترهای عادی) است.
کمپانی IBM همچنین اعلام کرد که پژوهشگرانش یک نمونه‌ی اولیه ۵۰ کیوبیتی از این کامپیوتر را با موفقیت ساخته‌اند؛ ساخته‌ای که به‌عنوان نقطه‌ی عطفی در دنیای محاسبات کوانتومی تلقی می‌شود. با این حال تا زمانی که این محصولات در مقیاس تجاری در دسترس کاربران قرار نگیرند، نمی‌توانیم به‌طور قطعی نظر بدهیم.
اولین نسخه‌‌ها از کامپیوتر کوانتومی IBM به‌صورت رایگان برای ایجاد جامعه‌ای از کاربران و آموزش برنامهنویسی به افراد و استفاده از این دستگاه‌ها عرضه شد؛ ولی محصولات جدیدی که از آن‌ها صحبت می‌شود، اولین پیشنهاد تجاری در نوع خود از سوی کمپانی هستند و تا پایان سال جاری میلادی در دسترس کاربران قرار خواهند گرفت.
محاسبات کوانتومی زمینه‌ای دشوار از دنیای فناوری محسوب می‌شود و درک سازوکار آن نیز مشکل است. کامپیوترهای کوانتومی به‌جای اینکه ماشین‌های تفسیرکننده‌ی صفر و یک با حالت‌های روشن و خاموش باشند، می‌توانند در چندین حالت کار کنند. این مزیت منجر به ایجاد انواع امکان‌های جدید در برنامهنویسی می‌شود و نیاز به نرم‌افزار و سیستم‌هایی جدید برای ایجاد برنامه‌هایی دارد که بتوانند با این روش محاسباتی کار کنند.
داریو گیل، نایب رئیس بخش پژوهش‌های آی‌بی‌ام در قسمت‌های هوش مصنوعی و IBM Q، اظهار می‌کند که افزایش کیوبیت‌ها تنها بخشی از داستان است. هر اندازه که ما با کیوبیت‌های بیشتری سروکار داشته باشیم، تعامل کیوبیت‌ها به‌همان اندازه پیچیده‌تر می‌شود و علت این روند را باید در برهم‌کنش آن‌ها با همدیگر و در قالب پدیده‌ای موسوم به درهم‌تنیدگی کوانتومی جستجو کنیم. اگر کیوبیت‌های بیشتری در اختیارمان باشد و از سویی، میزان خطای زیادی در جریان تعاملشان با یکدیگر به‌وجود آید؛ شاید دستگاهی با توان بیشتر از ۵ کیوبیت با نرخ خطای پایین وجود نداشته باشد. او می‌گوید محققان IBM توانسته‌اند به مقدار کیوبیت بالاتر با نرخ خطای کمتر دست یابند و این دستاورد سودمندی برای محققان است. وی اشاره می‌کند:
ما کیوبیت‌های بیشتر و خطاهای کمتری داریم که در ترکیب با همدیگر می‌توانند مسئله‌های بیشتری را حل کنند.
مسئله‌ی دیگری که در برخورد با حالت‌های کوانتومی نقش مهمی بازی می‌کند، این است که حالت‌های کوانتومی تنها برای یک دوره‌ی کوتاه در فرآیندی به نام یکپارچگی حضور می‌یابند. این بدان معنی است که ما فقط یک روزنه‌ی زمانی کوتاه قبل از بازگشت کیوبیت‌ها به یک حالت محاسباتی کلاسیک از صفر و یک فرصت داریم.
برای داشتن درکی از اینکه یکپارچگی به چه شکلی پیش می‌رود، باید اشاره کنیم در هنگام شروع کار پژوهشگران در اواخر دهه‌ی ۹۰ میلادی، مدت‌زمان یکپارچگی تنها چند نانوثانیه بود. آن‌ها در طی سال‌ها پژوهش به بهبودهای جالبی رسیده‌اند و سال گذشته این زمان تا ۴۷ و ۵۰ میکروثانیه برای ماشین‌های ۵ کیوبیتی رسیده است. ماشین‌های کوانتومی امروز در محدوده‌ی ۹۰ میکروثانیه قرار دارند. این زمان چندان قابل توجه به نظر نمی‌رسد؛ با این حال یک جهش بزرگ و روبه‌جلو است.
هدف نهایی محاسبات کوانتومی، یک سیستم با مقاومت قابل توجه در برابر خطا است که بتواند خطاها را به‌طور خودکار مرتبا رفع کند و هماهنگی نامحدودی به ارمغان آورد.
همه‌ی این متغیرها ساخت یک الگوریتم کوانتومی بدون خطا و کارآمد و بدون بازگشت به حالت کلاسیک را برای یک برنامه‌نویس سخت می‌کنند؛ هیچ کدام از این‌ها باعث نمی‌شود که دستاوردهای بزرگ پژوهشگران در سال‌های اخیر و خبر جدید در جهان محاسبات کوانتومی را دست کم بگیریم.
هدف نهایی محاسبات کوانتومی، یک سیستم با مقاومت قابل توجه در برابر خطا است که بتواند خطاها را به‌طور خودکار مرتبا رفع کند و هماهنگی نامحدودی به ارمغان آورد. گیل توضیح می‌دهد:
جان‌مایه‌ی کارهایمان، محاسبات کوانتومی کلی و مقاوم در برابر خطا است. ما امروزه تقریبا حالت جامع را ایجاد می‌کنیم؛ بدین معنی که می‌توان عملیات و برنامه‌های دلخواه را با آن پیاده کرد. با این حال تخمین سیستم‌های فعلی به‌گونه‌ای است که ما همچنان مجبور به تحمل خطاها و مواجهه با بازه‌های زمانی کوتاه برای انجام عملیات خود هستیم.
به‌باور او، این یک فرآیند بهبودیابنده است و اعلام اخیر IBM نیز گامی مؤثر در مسیر محسوب می‌شود. با همه‌ی این‌ها گیل معتقد است حتی همین کامپیوترهای کوانتومی امروز هم کاملا قدرتمند هستند. آن‌ها با انتشار اخبار جدید و از طرفی، با بهبودهایی که IBM روی QISKit صورت داده است، می‌توانند به پیشرفت‌های خود در این فناوری ادامه دهند. QISKit یک کیت توسعه‌ی نرم‌افزار (SDK) برای کمک به شرکت‌ها در درک بهتر نحوه‌ی برنامه‌ریزی رایانه‌ی کوانتومی است.
مسلما این اتفاق‌ها نمی‌توانند یک‌شبه رخ دهند؛ اما شرکت‌ها، دولت‌ها، دانشگاه‌ها و اشخاص علاقمند، به پژوهش می‌پردازند تا بتوانند این فناوری را در کاربردهای عملی به کار گیرند. البته IBM تنها شرکت کارکننده روی این مسئله نیست.
IBM کاربردهای مختلفی برای محاسبات کوانتومی را در زمینه‌هایی مانند پزشکی، کشف‌های دارویی و علم مواد در نظر دارد. آن‌ها همچنین تلاش می‌کنند درباره‌ی عواقب منفی احتمالی این تکنولوژی پیشرفته، از جمله توانایی شکستن رمزگذاری هم آینده‌اندیشی کنند. به‌گفته‌ی گیل، آن‌ها در حال کار با سازمان‌های استاندارد هستند تا الگوریتم‌های رمزنگاری محاسبات در دوران پس از ورود کامپیوتر کوانتومی را توسعه دهند. با اینکه تا آن زمان فاصله‌ی زیادی داریم؛ اما IBM تلاش می‌کند تا برداشت صحیحی از بزرگی مسائل داشته باشد و برای کاهش اثرات نامساعد آن‌ها تلاش کنند.