وعدهی رایانههای کوانتومی این است که آنها دنیای رایانش مدرن را همانطور که میشناسیم زیر و رو خواهند کرد. با قدرت محاسباتی خارقالعاده، آنها کارهایی را انجام خواهند داد که برای هر ابررایانهی کلاسیک غیرقابل تصور است.
با این حال، واقعیت رایانههای کوانتومی هنوز به اندازهی تبلیغاتشان پیش نرفته است. ادعاهای مربوط به «برتری کوانتومی» — یعنی مسائلی که رایانههای معمولی نمیتوانند حل کنند اما رایانههای کوانتومی میتوانند — از سوی هم شکاکان و هم علاقهمندان این حوزه مورد انتقاد قرار میگیرد. بدون شک، پیشرفتهای واقعاً چشمگیری، چه در زمینهی نظری و چه در آزمایشگاهی، داشتهایم، اما بسیاری از این «کارها» بیشتر جنبهی نمایشی داشته و کاربرد واقعی چندانی در دنیای عملی نداشتهاند.
من کمکم دارم به یک علاقهمند تبدیل میشوم. اما حتی برای من هم، غربال کردن این همه — بیایید صادق باشیم — گاهی تبلیغات اغراقآمیز، خستهکننده و بیهوده به نظر میرسد. پس بیایید کمی به عقب برگردیم. فناوری کوانتومی واقعاً چه کاری برای ما انجام خواهد داد؟ تا کجا پیش رفتهایم؟ و چگونه باید با جریان روابط عمومی مربوط به «ششمین دستاورد نهایی کوانتومی» این هفته برخورد کنیم؟ برای بررسی این پرسشها (یا بهتر بگوییم، برای عبور از این هیاهو)، گیزمودو به دفتر آیبیام در منهتن رفت تا با جری چو، مدیر بخش کوانتوم آیبیام، گفتوگو کند. گفتوگوی زیر برای وضوح و اصلاح گرامری اندکی ویرایش شده است.
گایونگ لی، گیزمودو: خب، تصور کنید من کسی هستم که میگوید: «اوه، محاسبات کوانتومی یک مشت مزخرف است.» چرا باید اصلاً به برتری کوانتومی اهمیت بدهم؟
جری چو: در نهایت، به نظر من هدف ما این است که محاسبات کوانتومیِ مفید را به جهان بیاوریم. و بخش بزرگی از محاسبات کوانتومی این است که ما این فرصت را داریم تا محاسباتی متمایز از آنچه امروز وجود دارد ایجاد کنیم. این موضوع پشتوانهی ریاضی دارد، یا الگوریتمهایی وجود دارند که بهطور قابل اثبات نشان میدهند محاسبات کوانتومی میتواند از محاسبات کلاسیک بهتر عمل کند، مثل تجزیهی اعداد بزرگ برای شکستن رمزنگاری یا شبیهسازی ساختارهای مولکولی بسیار پیچیده، الگوریتم گروور و تمام آن مسیرهای اثباتشده روی کاغذ.
اما پرسش دیگر این است که با چیزهایی که مردم هماکنون در حال ساخت آن هستند چه میتوان انجام داد؟ این موضوع خیلی فرق دارد با اینکه بگوییم برای نوع خاصی از مسئله یک برتری وجود دارد، یا اینکه نسبت به همهی روشهای کلاسیکی که ممکن است به کار ببرید برتری داشته باشد. وقتی میخواهید مسئلهای را حل کنید، همهی منابع موجود — GPUها، CPUها، تمام رایانههای جهان و تمام الگوریتمهای موجود — را در اختیار دارید، درست است؟
برتری کوانتومی در واقع به این معناست که ما اکنون میتوانیم از رایانش کوانتومی، بهعلاوهی آنچه در اختیارمان هست — منابع کلاسیک — استفاده کنیم تا مسئلهای را ارزانتر، سریعتر یا دقیقتر حل کنیم.
گیزمودو: این دیدگاه شما تفاوت زیادی دارد با آن تیترهای پرزرقوبرق رسانهای که میگویند: «محاسبات کوانتومی برای همیشه دنیای رایانه را تغییر خواهد داد!»
چو: من برتری کوانتومی را بیشتر بهعنوان چیزی تدریجی میبینم. اینطور نیست که لزوماً همهی چیزهایی را که میتوانیم محاسبه کنیم تغییر دهد. بسیاری از GPUها [واحدهای پردازش گرافیکی] هم به همین شکل رشد کردند. واضح است که آنها در ابتدا برای بازیها استفاده میشدند — شاید یک حوزهی خاص — اما با بهکارگیری آنها در استراتژیهای ملی محاسباتی برای HPCهای خوشهای [رایانههای با کارایی بالا] و همچنین برای پژوهش در ساختارهای مولکولی، کیهانشناسی و مسائل فیزیک پرانرژی که نیاز به توان محاسباتی عظیم دارند، واقعاً بزرگ شدند. ما انتظار داریم اتفاق مشابهی هم برای کوانتوم بیفتد و به یک «ابزار تکمیلی» تبدیل شود.
گیزمودو: ایدهی ابزار تکمیلی واقعاً جالب است، چون این دو — رایانههای کلاسیک و کوانتومی — ذاتاً به هم مرتبط هستند، درست است؟ برای اطمینان از عملکرد صحیح رایانههای کوانتومی، نیاز به بررسی و مقایسه با رایانههای کلاسیک وجود دارد. پژوهشگران چگونه از این ارتباط به نفع خود استفاده میکنند؟
چو: این دقیقاً بخش بسیار مهمی از کل فرآیند است. همهچیز با رایانش کلاسیک درهمتنیده است. تنها روشی که ما میدانیم چگونه باید محاسبات را تجربه کنیم، همان روش کلاسیک است — ما ورودیهای کلاسیک وارد میکنیم و خروجیهای کلاسیک دریافت میکنیم. رایانههای کوانتومی با استفاده از مکانیک کوانتومی و مدارهای کوانتومی فضایی بهصورت نمایی بزرگ را بررسی میکنند، اما در نهایت ما اندازهگیریهایی انجام میدهیم که همهچیز را دوباره به خروجیهای کلاسیک تبدیل میکند، و سپس این خروجیها را در بخشهای دیگری از محاسبات خود پردازش یا استفاده میکنیم. مردم نباید بترسند که کوانتوم جایگزین کلاسیک خواهد شد!
گیزمودو: آیبیام بدون شک یکی از بازیگران بزرگ این حوزه است و شما هم ۱۵ سال است که در تحقیقات کوانتومی این شرکت نقش دارید. در زمینهی دستیابی به آن رویکرد «برتری کوانتومی»، به چه چیزی بهطور خاص افتخار میکنید؟
چو: وقتی شروع کردم، ما شاید هشت تا ده نفر بودیم و تمرکزمان کاملاً روی ساخت دستگاههای بهتر بود. سپس در میانهی دههی ۲۰۱۰ تصمیم گرفتیم آنچه ساختهایم را روی فضای ابری قرار دهیم تا این فناوری را از آزمایشگاه فیزیک بیرون بیاوریم و به یک تجربهی محاسباتی تبدیل کنیم. ناگهان شروع کردیم به این فکر که بهجای چرخاندن پیچها و کنترل ولتاژها، چطور میتوانیم از این بهعنوان یک ابزار و یک پلتفرم محاسباتی استفاده کنیم. امروزه بیشتر سیستمهای ما در مراکز دادهی کوانتومی در سراسر جهان و همچنین در محل مشتریان مستقر هستند.
و حالا داریم شاهد افزایش تعاملات در این زمینه هستیم. برای مثال، همکاران ما در مؤسسهی RIKEN ژاپن از ترکیب کوانتوم و HPC خود برای مطالعهی ساختار مولکولی استفاده میکنند. از آن زمان توانستهایم سطح انرژی موردنیاز برای محاسبات را بهتدریج پایین بیاوریم تا به سطح شاخصی که بهترین عملکرد را در محاسبات کلاسیک دارد نزدیک و نزدیکتر شویم؛ جایی که میتوانیم واقعاً این مقایسهها را انجام دهیم.
گیزمودو: بخش مهمی از استراتژی آیبیام در این حوزه چیست؟
چو: حالا دیگر فقط ساختن کافی نیست. ما باید کاربردپذیری رایانههای کوانتومی را استخراج کنیم، و بخش بزرگی از این کار به جامعه بستگی دارد. باید آنها واقعاً نیاز به رایانههای پیشرفته را احساس کنند و با ما همکاری کنند تا برتری کوانتومی و کاربردهای مفید را پیدا کنیم. این بخش بزرگی از استراتژی اکوسیستم ماست و دلیل اینکه شبکهی کوانتومی ما نزدیک به ۳۰۰ عضو دارد. ما در صنایع مختلف متخصص نیستیم، اما فرصت برای حوزههایی مانند مراقبتهای بهداشتی، علوم زیستی، نفت و گاز، و صنایع انرژی وجود دارد.
گیزمودو: پس رایانههای کوانتومی واقعاً پدیدهای متعلق به آینده نیستند، همین حالا هم وجود دارند.
چو: بله. رایانههای کوانتومی چیزهایی واقعی و قابل استفادهاند. البته که در این زمینه بازاریابی و هیاهوی زیادی وجود دارد. اما واقعاً، شما همین حالا میتوانید بهصورت رایگان مدارهای کوانتومی را روی دستگاههای ما از طریق وب اجرا کنید. محتوای آموزشی زیادی در دسترس است. یک جامعهی بزرگ از افراد وجود دارد که به شما برای شروع کمک میکنند. حتی میتوانید به ChatGPT بگویید Qiskit را نصب کند. مردم نباید فقط از طریق تبلیغات آن را تجربه کنند؛ باید آستین بالا بزنند و وارد عمل شوند!
گیزمودو: بسیار خب. اگر برتری کوانتومی یک روند تدریجی است، پس گام مهم بعدی کوانتوم چیست؟ در پنج یا ده سال آینده — یا حتی در چند ماه آینده — بیشتر منتظر چه چیزی هستید؟
چو: ما همین حالا هم در حال کار روی یک دستگاه جدید هستیم که میخواهیم تا پایان سال آن را به کاربران معرفی کنیم؛ نامش Nighthawk است. فکر میکنم گام بزرگ بعدی، احتمالاً مجموعهای از گامها خواهد بود از منظر برتری، جایی که شما شاهد خواهید بود که مدارهای پیچیدهتری با استفاده از رایانههای کوانتومی اجرا میشوند، در حالی که رایانش کلاسیک هم در مقابل آن واکنش نشان میدهد؛ این رفتوبرگشت در طول سال آینده ادامه خواهد داشت. ما همکاری نزدیکی با جامعهی رایانش با کارایی بالا خواهیم داشت.
