الگوریتم‌های کوانتومی در مقابل الگوریتم‌های الهام گرفته از کوانتومی

شکل ۱. مقایسه الگوریتم کوانتومی و غیر کوانتومی

منتشر شده در thenewstack به تاریخ ۱۴ جولای ۲۰۲۳
لینک منبع: Quantum Algorithms vs. Quantum-Inspired Algorithms

محاسبات کوانتومی، به‌عنوان یک رشته، بسیار الهام‌بخش است: وعده حل مسائل سخت محاسباتی فراتر از دسترس رایانه‌های معمولی، امید ما را برای استقرار راه‌حل‌های کم‌مصرف برای مشکلات لجستیک، تسریع و صرفه‌جویی در هزینه‌ها در کشف مواد و دارو با شبیه‌سازی‌های واقعی‌تر از ابتدا، و پیش‌بینی بهتر رفتار سیستم‌های مالی پیچیده و آب‌وهوای بازار، از جمله بر زندگی سیستم‌های مالی پیچیده‌ای که بر زندگی همه افراد تأثیر می‌گذارد، می‌دهد.

این دیدگاه الهام‌بخش توجه و سرمایه‌گذاری زیادی را به این حوزه جلب کرد و طبق معمول، زمین حاصل‌خیز فرصتی کلی برای رشد، هم برای انتظارات و هم برای غیرمنتظره‌ها فراهم می‌کند. از جمله موضوعات غیرمنتظره‌ای که همراه با صنعت محاسبات کوانتومی در حال رشد است، حوزه راه‌حل‌های الهام گرفته از کوانتومی است.

اما این‌ها اصلا چه هستند؟ ارتباط آن‌ها با محاسبات کوانتومی چیست؟ از آنجایی که راه‌حل‌های الهام‌گرفته از کوانتومی هم‌زمان با صنعت محاسبات کوانتومی در حال رشد هستند، در مواقعی برای منابع رقابت می‌کنند، بهتر است این موضوع را دوباره مرور کنیم و سوالات بالا را شفاف کنیم و چشم‌اندازی در مورد انتظارات کاربران نهایی برای حال و آینده ارائه کنیم.

الگوریتم‌های الهام‌گرفته از کوانتوم معمولا به یکی از این دو اشاره دارند: (i) الگوریتم‌های کلاسیک مبتنی‌بر روش‌های جبر خطی -اغلب روش‌هایی که به‌عنوان شبکه‌های تانسور شناخته می‌شوند- که در گذشته اخیر توسعه داده شده‌اند، یا (ii) روش‌هایی که تلاش می‌کنند از یک کامپیوتر کلاسیک برای شبیه‌سازی رفتار یک کامپیوتر کوانتومی استفاده کنند، بنابراین ماشین کلاسیک از قوانین کوانتومی واقعی استفاده می‌کند که از قوانین کوانتومی واقعی بهره می‌برد.

در (i)، در حالی که جامعه فیزیک از دهه ۷۰ [پنروز] از این روش‌ها برای رسیدگی به مشکلات مکانیک کوانتومی استفاده کرده است، شبکه‌های تانسوری منشأ مستقلی از دهه ۸۰ در علوم اعصاب دارند، زیرا هیچ چیز واقعا کوانتومی پشت آن‌ها وجود ندارد. در واقع فقط جبر خطی است.

برای (ii)، فرآیند شبیه‌سازی یک سیستم کوانتومی به محدودیت‌های سخت‌افزار کلاسیک بازمی‌گردد. تقلید به‌طور کلاسیک از دینامیک کامل یک سیستم کوانتومی بزرگ به همان دلایلی که می‌خواهد واقعا یک سیستم واقعی بسازد، بسیار سخت است!

بنابراین، آیا این بدان معناست که الگوریتم‌های الهام گرفته از کوانتوم ساختگی هستند؟ نه واقعا. این‌ها الگوریتم‌های کلاسیک کاملا جدیدی هستند، و اجرای الگوریتم‌های پیشرفته‌ای که برای سخت‌افزارهای پیشرفته ساخته شده‌اند به این معنی است که موقعیت‌های واقعی به وجود می‌آیند که امروزه می‌توان عملکرد بهتری برای حل مسئله داشت –به عبارت دیگر، اجرای نرم‌افزارهای چند دهه قدیمی در ماشین‌های کلاسیک تازه خریداری شده به اجرای بهینه نمی‌رسد.

این بهبود عملکرد هم‌چنین به ایجاد رقابت دوستانه بین روش‌های کلاسیک و کوانتومی کمک می‌کند، و تضمین می‌کند که آن راه‌حل‌های کوانتومی کامل واقعا کار خود را برای به چالش کشیدن -و شکست دادن- راه‌حل‌های کلاسیک انجام می‌دهند.

بنابراین، سازمان‌ها باید از خود بپرسند: من به‌عنوان سفر خود در کوانتوم چه می‌بینم؟ اگر تمرکز آن‌ها بر استفاده از جدیدترین پیشرفت‌ها در حل مشکلات محاسباتی باشد، که احتمالا توسط محاسبات کوانتومی هدایت می‌شود، تا به مشکلات امروز شرکت رسیدگی کند، قطعا فشار برای اتخاذ راه‌حل‌های الهام‌گرفته از کوانتومی می‌تواند یک رویکرد منصفانه باشد.

اما اگر هدف کسی واقعا کشف محدودیت‌های محاسبات کلاسیک در کسب‌وکارش باشد و برای اختلال کوانتومی آماده شود، پس نباید به رویکردهای الهام‌گرفته از کوانتوم بسنده کرد.

و حتی اگر هدف یک شرکت جست‌وجوی راه‌حل‌های امروزی باشد، نیازی نیست که به راه‌حل‌های الهام‌گرفته از کوانتوم بسنده کند. پیشرفت سخت‌افزار کوانتومی ویژه برنامه‌های کاربردی جدید -که گاهی به‌عنوان کامپیوترهای کوانتومی آنالوگ نامیده می‌شود- موج جدیدی از ماشین‌ها را با انسجام و مقیاس کوانتومی واقعی در صدها کیوبیت در بازار منتشر کرده است که قبلا در برنامه‌های کاربردی در میدان اصلی فیزیک خود ارزش نشان داده‌اند.

هدف این نوع سخت‌افزار محدود کردن وسعت کاربرد، استفاده مؤثر از منابع کوانتومی برای موارد استفاده خاص است. در حالی که ماشین‌های مبتنی‌بر گیت جهانی هستند، اما محدود به چند ده کیوبیت هستند که می‌توان روی لپ‌تاپ شبیه‌سازی کرد.

رایانه‌های کوانتومی آنالوگ جدید را نمی‌توان به راحتی با سخت‌افزار کلاسیک تقلید کرد، و هیئت منصفه در مورد اینکه آیا موفقیتی که آن‌ها تاکنون در زمینه‌های کاربرد علمی نشان داده‌اند، به کاربردهای عمومی‌تر منتقل می‌شود یا خیر، آماده است.

این متن با استفاده از ربات ‌ترجمه مقالات فیزیک کوانتوم ترجمه شده و به صورت محدود مورد بازبینی انسانی قرار گرفته است.در نتیجه می‌تواند دارای برخی اشکالات ترجمه باشد.