آزمایش رایانش کوانتومی (Quantum Computing) نقطه عطف برخورد گوگل و آی بی ام (IBM)

آزمایش رایانش کوانتومی (Quantum Computing) نقطه عطف برخورد گوگل و آی بی ام (IBM) امروز گوگل اعلام کرد که به «برتری کوانتومی» دست یافته‌است. این درحالی است که رقیب اصلی رایانش کوانتومی آن یعنی IBM اعلام کرد که به این عمل دست نیافته است.

منتشر‌شده در: مجله quanta به تاریخ ۲۳ سپتامبر ۲۰۱۹
لینک منبع: Google and IBM Clash Over Milestone Quantum Computing Experiment

امروز صبح محققان گوگل به طور رسمی تاریخچه محاسبات را ساختند.

غول تکنولوژی اعلام کرد که به یک نقطه عطفی به نام «برتری کوانتومی» رسیده‌ که از مدت ها قبل آن را پیش بینی کرده است. لحظه‌ای که در آن یک کامپیوتر کوانتومی محاسباتی را اجرا می‌کند که هیچ کامپیوتر معمولی نمی‌تواند با آن مطابقت داشته باشد. گوگل در یک مقاله جدید در مجله Nature چنین شاهکار بزرگی را توصیف کرده‌است که بر روی ماشین کوانتومی مدرن خود با نام «سیکامور» انجام شده‌است، در حالی که کامپیوترهای کوانتومی هنوز در نقطه‌ای نیستند که بتوانند کارهای مفیدی انجام دهند. این نتیجه نشان می‌دهد که آن‌ها یک مزیت ذاتی نسبت به کامپیوترهای معمولی برای برخی کارها دارند.

با این حال در اعتراضی ۱۱ ساعته، رقیب محاسبات کوانتومی گوگل ادعا کرد که از آستانه برتری کوانتومی هنوز عبور نکرده است. در مقاله‌ای که روز دوشنبه به صورت آنلاین پست شد، IBM شواهدی ارائه داد مبنی بر اینکه قدرتمندترین ابر کامپیوتر دنیا تقریبا می‌تواند با ماشین کوانتومی جدید گوگل همگام باشد. در نتیجه، IBM استدلال کرد که ادعای گوگل باید «با  شک و تردید فراوانی» دریافت شود.

پس چرا این همه آشفتگی؟ آیا اهداف اصلی، موفقیت بزرگ و بدون ابهام نیستند؟ این قسمت به ما یادآوری می‌کند که تمام انقلاب‌های علمی به عنوان یک غرش رعد و برق و آنی به دست نمی‌آیند و اینکه برتری کوانتومی به طور خاص شامل نکات ظریف تری نسبت به آنچه که در یک عنوان قرار می‌گیرد، می‌باشد.

کامپیوترهای کوانتومی چندین دهه است که در حال توسعه هستند. در حالی که کامپیوترهای معمولی یا کلاسیک محاسبات را با استفاده از بیتها-رشته های کامپیوترهای کوانتومی از صفر و یک ها انجام می‌دهند، آن‌ها اطلاعات را با استفاده از بیت‌های کوانتومی یا کیوبیت ها کدگذاری می‌کنند که مطابق با قوانین عجیب مکانیک کوانتومی رفتار می‌کنند. هدف کامپیوترهای کوانتومی مهار کردن این ویژگی‌ها برای انجام محاسبات سریع، بسیار فراتر از ظرفیت هر کامپیوتر معمولی است. اما برای سال‌ها، کامپیوترهای کوانتومی برای مطابقت با توان محاسباتی یک ماشین‌حساب دستی تلاش می‌کردند.

در سال ۲۰۱۲، جان پرسکیل، یک فیزیکدان نظری در موسسه تکنولوژی کالیفرنیا، عبارت «برتری کوانتومی» را برای توصیف لحظه‌ای این اختراع کرد که یک کامپیوتر کوانتومی در نهایت از بهترین ابر کامپیوتر پیشی گرفت. این اصطلاح به کار گرفته شد، اما متخصصان ایده‌های متفاوتی در مورد معنای آن داشتند.

و بدین ترتیب شما در وضعیتی قرار می‌گیرید که گوگل می‌گوید به برتری کوانتومی دست یافته‌است، اما IBM می‌گوید که این طور نیست.

قبل از توضیح این که برتری کوانتومی به چه معناست، باید روشن شود که به چه معنا نیست: لحظه‌ای که یک کامپیوتر کوانتومی محاسبات را انجام می‌دهد که برای یک کامپیوتر کلاسیک غیر ممکن است. (بیشتر از جنبه زمانی) این به این دلیل است که یک کامپیوتر کلاسیک می‌تواند در واقع هر محاسباتی را که یک کامپیوتر کوانتومی می‌تواند انجام دهد را در نهایت انجام دهد. (اما در زمانی بسیار بیشتر)

توماس وونگ از دانشگاه کریتون گفت: « در صورت داشتن زمان کافی،  کامپیوترهای کلاسیک و کامپیوترهای کوانتومی می‌توانند همین مسائل را حل کنند.»

در عوض، بیشتر کارشناسان برتری کوانتومی را به معنای لحظه‌ ی زمانی می‌دانند که یک کامپیوتر کوانتومی محاسباتی انجام می‌دهد که برای تمام اهداف عملی، یک کامپیوتر کلاسیک نمی‌تواند با آن مطابقت داشته باشد. این مشکل عدم توافق بین گوگل و IBM است، زیرا از جنبه «عملی» یک مفهوم فازی است.

گوگل در Nature خود ادعا می‌کند که پردازنده سیکامور آن‌ها ۲۰۰ ثانیه طول کشید تا این محاسبه را انجام دهد که بهترین ابر کامپیوتر جهان -که اتفاقا ماشین سامیت (Summit) آی بی ام است- به ۱۰۰۰۰ سال زمان نیاز دارد. این یک چارچوب زمانی عملی نیست. اما آی بی ام اکنون استدلال می‌کند که سامیت (Summit)، که منطقه‌ای به اندازه دو زمین بسکتبال را در آزمایشگاه ملی اوک ریج در تنسی پر می‌کند، می‌تواند این محاسبه را در ۲.۵ روز انجام دهد.

گوگل در حدود ۱۰۰۰۰ سال تخمین زده‌است، اگر چه چندین متخصص کامپیوتر که در این مقاله با آن‌ها مصاحبه شده‌است گفته‌اند که IBM احتمالا درست در همین نقطه است. اسکات هارنسون از دانشگاه تگزاس آستین، در ایمیل خود نوشت: « ادعای IBM برای من قابل‌قبول به نظر می‌رسد.»

پس با فرض اینکه حق با آن‌ها باشد، آیا ۲.۵ روز زمان عملی است؟ شاید برای بعضی کارها عملی است، اما مطمئنا برای بقیه نیست. به همین دلیل، وقتی دانشمندان کامپیوتر در مورد برتری کوانتومی صحبت می‌کنند، معمولا ایده دقیق تری در ذهن دارند.

دانشمندان علوم کامپیوتر بین برنامه‌هایی که در زمان چند جمله‌ای «سریع» و زمان نمایی «آهسته» اجرا می‌شوند، تمایز قایل هستند. حتی زمانی که از آن‌ها می‌خواهید یک عدد واقعا بزرگ را بررسی نمایند، برنامه‌های سریع، سریع باقی می‌مانند. وقتی اندازه مساله ای که از آن‌ها می‌خواهید حل کنند بزرگ‌تر می‌شود، برنامه‌های کند به سرعت به صورت نمایی به هم فشرده می‌گردند.

گوگل در مقاله جدید خود نشان داد که کامپیوتر کوانتومی ۵۳ کیوبیتی آن‌ها محاسبات خاصی را در زمان چند جمله‌ای سریع، انجام می‌دهد. در عین حال، هیچ مدرکی وجود ندارد که نشان دهد هر کامپیوتر کلاسیک می‌تواند همین کار را در هر کاری بهتر از زمان نمایی آهسته، انجام دهد. ویلیام ففرمن از دانشگاه شیکاگو گفت که این بسیار مهم‌تر از چارچوب زمانی است، چه ۲.۵ روز باشد و چه ۱۰،۰۰۰ سال.

ففر من گفت: « برآورد زمان واقعی خیلی مهم نیست.» « من فکر نمی‌کنم که [ مقاله آی بی ام ] هیچ یک از ادعاهای اصلی گوگل، به غیر از برآورد ۱۰،۰۰۰ ساله، را بی‌اعتبار کند.»

چیزی که مهم است این است که ماشین گوگل در حال حل یک مساله محاسباتی به روشی اساسا متفاوت از یک کامپیوتر کلاسیک است. این تفاوت به این معنی است که هر بار که کامپیوتر کوانتومی آن حتی با یک کیوبیت رشد می‌کند، یک کامپیوتر کلاسیک باید اندازه خود را دو برابر کند تا سرعت خود را حفظ کند. زمانی که یک کامپیوتر کوانتومی به ۷۰ کیوبیت می‌رسد -احتمالا در عرض چند سال آینده- یک ابر کامپیوتر کلاسیک باید فضایی برابر منطقه شهری را اشغال کند.

هارنسون گفت که رابطه بین کامپیوترهای کلاسیک و کوانتومی پس از اعلام گوگل بسیار شبیه رابطه بین قهرمان شطرنج گری کاسپاروف و ابر کامپیوتر آبی تیره آی بی ام در دهه ۱۹۹۰ است. کاسپاروف می‌توانست تا حدودی خود را حفظ کند، اما واضح بود که او به زودی به طور ناامید کننده‌ای نمی توانند توسط دشمن الگوریتمی خود پیشی بگیرند.

این متن با استفاده از ربات ترجمه مقاله علمی ترجمه شده و به صورت محدود مورد بازبینی انسانی قرار گرفته است.در نتیجه می‌تواند دارای برخی اشکالات ترجمه باشد.
مقالات لینک‌شده در این متن می‌توانند به صورت رایگان با استفاده از مقاله‌خوان ترجمیار به فارسی مطالعه شوند.