جادوگر کوانتومی

ساسان شادمان‌منفرد_خبرنگار

گوگل می‌گوید که به برتری کوانتومی دست پیدا کرده است. در واقع می‌توانیم بگوییم که پردازنده سیکامور آن، می‌تواند کارهای خارق‌العاده‌ای به انجام برساند. این رایانه می‌تواند پیچیده‌ترین مسائل ریاضی را در 3دقیقه و 20ثانیه حل کند. این درحالی است که کارشناسان مسائل رایانه‌ای می‌گویند که یک ابررایانه این کار را ممکن است در کمتر از 10هزار سال انجام دهد. در واقع سیکامور نسخه به روزرسانی شده رایانه‌های کنونی نیست بلکه در اصل چیزی فرای آنهاست. 

سیکامور یک رایانه کوانتومی است که از قطعاتی با رفتار و عملکردی عجیب تشکیل شده است. این پردازنده قدرتمند می‌تواند به درمان زوال عقل و همچنین هوش مصنوعی کمک کند. بنابراین تعجبی ندارد که سایر فناوری‌ها، سخت برای توسعه نسخه‌های خود کار می‌کنند. حتی دولتمردان، میلیاردها دلار روی تحقیقات سرمایه‌گذاری کرده‌اند. در حقیقت رقابت بین آمریکا و چین در قرن بیست‌ویکم، «مسابقه فضایی» خواهد بود. درحالی‌که سیکامور جهشی بزرگ برای گوگل به‌حساب می‌آید، اما باید اعتراف کرد که این تازه نخستین گام در چنین فناوری‌ای به‌حساب می‌آید. اصول فیزیکی که رایانه کوانتومی را چیزی خارق‌العاده جلوه داده، باعث به‌وجود آمدن چالش‌هایی نیز شده است؛ مسائلی که ما هنوز از حل کردن آنها عاجز هستیم. برای آنکه متوجه شوید یک رایانه کوانتومی چگونه کار می‌کند، باید ذهن‌تان را آماده چیزهای عجیب و غریب کنید. مثلا اینکه اشیا می‌توانند در آن واحد در دو جا باشند. فهم چنین چیزی بسیار سخت است؛ اول به این دلیل که ما اجسام را اینگونه حس نمی‌کنیم و دوم به‌خاطر آنکه دانشمندانی همچون اسحاق نیوتن گفته‌اند که اجسام همیشه از الگویی قابل پیش‌بینی پیروی می‌کنند. به‌عنوان مثال در حالت طبیعی، یک سیب وقتی از درخت جدا می‌شود، روی زمین سقوط می‌کند. حالا ممکن است در میانه راه به سر شما هم برخورد کند، اما در نهایت روی زمین خواهد افتاد و اگر شما آن سیب را با خود به خانه ببرید و در آشپزخانه بگذارید، کمی بعدتر به‌صورت اتفاقی در داخل حمام به‌دنبال آن نخواهید گشت. اما این درخصوص سطوح «زیر اتمی» صدق نمی‌کند. این معنی کوانتوم است: کوچک‌ترین مقدار یا ذره‌ای که می‌توانیم آن را اندازه بگیریم، بلوک‌های ساختاری جهان هستند. در اوایل قرن بیستم، برخی دانشمندان مانند نیلز بور، ورنر هایزنبرگ و اروین شرودینگر دریافتند که ذرات، تقریبا همه‌جا حضور دارند و یافتن یکی در یک جای خاص تقریبا صفر است؛ چرا که ذرات می‌توانند در آن واحد در دو جا حضور داشته باشند؛ به‌عنوان مثال در گردش الکترونی، هر دو به‌صورت همزمان هم بالا هستند و هم پایین. فیزیک‌دان‌ها به این شرایط «ابرموقعیت» می‌گویند. ابر موقعیت مسائل پیچیده تنها زمانی رخ می‌دهد که ما دنبال‌شان نیستیم. وقتی که ما به‌دنبال اندازه‌گیری آنها هستیم، ذرات حالت نامشخص خود را از دست می‌دهند و تنها به بالا و پایین می‌چرخند. البته فیزیک‌دانان خبره می‌توانند کاری کنند که این حرکات قابل مشاهده باشد. اگر مورد خیلی عجیب و غریب نباشند، آنها می‌توانند به‌صورت جفتی یا گروهی باشند. ذرات به‌صورت عمیق به یکدیگر متصل می‌شوند و بدین‌ترتیب شما نمی‌توانید یکی را بدون تغییر دیگری، تغییر دهید. آلبرت اینشتین چنین چیزی را «حرکت شبح‌وار در یک فاصله» نام نهاد؛ چرا که این شرایط حتی در زمانی که ذرات در آن سر دنیا هم باشند، اتفاق می‌افتد. اگر درخصوص این مبحث کمی گیج شده‌اید، موضوع غیرعادی نیست؛ چراکه ریچارد فینمن که به‌خاطر تلاش برای مفهوم کردن مبانی فیزیک کوانتوم جایزه نوبل سال1965را از آن خود کرده است، می‌گوید: «اگر فکر می‌کنید، فیزیک کوانتوم را فهمیده‌اید، مشخص است که آن را نفهمیده‌اید.» البته همه این مسائل باعث نشد که فینمن از ارائه طرح ساخت رایانه کوانتومی دست بکشد.



ساخت داروهای منحصر به فرد
توسعه داروها پروسه‌ای بسیار طولانی دارد. شما ممکن است ساعت‌ها وقت و مقادیر بسیاری پول صرف کنید تا مولکولی را پیدا کنید که بتواند با یک بیماری مقابله کند. اما با یک رایانه کوانتومی می‌توانید ترکیب‌های مختلف دارویی را در عرض یک ساعت شبیه‌سازی کنید. این فناوری می‌تواند حتی به درمان مناسب با DNA بیمار نیز کمک کرده و اثرات جانبی دارو را کاهش دهد. از آنجا که هر کدام از داروها منحصر به‌فرد هستند، برای باکتری‌ها و ویروس‌ها مقاومت در برابر آن سخت‌تر خواهد بود.


مقابله با تغییرات آب و هوایی
پیش‌بینی شرایط آب و هوایی به‌دلیل وجود عوامل زیست‌محیطی مختلف مانند دما، رطوبت و باد کار بسیار سختی است. به‌غیر از این، نبود یک پیش‌بینی مناسب درخصوص وضعیت جوی، می‌تواند مشکلات بسیار زیادی را برای مردم، مزارع و پروازها داشته باشد. با رایانه‌های کوانتومی شرایط متفاوت خواهد بود، چرا که دانشمندان با کمک آنها می‌توانند شرایط آب‌وهوایی آینده نزدیک را به‌صورت کامل ترسیم کنند. ضمن آنکه امکان پیش‌بینی شرایط در درازمدت و جلوگیری از خسارت‌ها امکان‌پذیر خواهد بود.


پایان ترافیک‌های سنگین
با توسعه شهرها و شروع به حرکت خودروهای خودران نیاز به ناوبری بهتر به‌خوبی احساس می‌شود. از آنجا که رایانه‌های کوانتومی می‌توانند محاسبات متفاوت و بهتری را در کسری از ثانیه به انجام برسانند، از آنها می‌شود برای حل مسائل پیچیده و حتی یافتن مسیرهای بهتر سود برد. فولکس‌واگن از رایانه‌های کوانتومی در تاکسی‌های پکن استفاده کرده تا سریع‌ترین مسیر به سمت فرودگاه را بیابند. این فناوری در اتوبوس‌های بارسلونا هم وجود دارد. پردازنده‌های این رایانه می‌توانند در افزایش سرعت پیک‌های ارسال کالا و مواد غذایی نیز مؤثر باشند.


یافتن زمین شماره 2
ناسا بر این باور است که ترکیب رایانه‌های کوانتومی با یادگیری ماشین می‌تواند در فرایند جمع‌آوری اطلاعات توسط تلسکوپ‌های فضایی مؤثرتر باشد و به ما کمک کند که سیاره‌های قابل سکونت دیگری بیابیم. ضمن اینکه می‌تواند به طراحی ماموریت نیز بپردازد. با شبیه‌سازی بسیاری از چالش‌ها در رایانه‌های کوانتومی می‌توان کاری کرد که باتری‌های یک روبات متحرک در فضا بهتر شارژ شوند. به‌طور طبیعی این مشکلات و معضلات درصورت برنامه‌ریزی بهتر، آسان‌تر مرتفع خواهند شد.


طراحی مواد جدید
به سال2016برگردیم. زمانی که تنها با دو کیوبیتس کار می‌شد، مهندسان شرکت گوگل برای نخستین بار در تاریخ موفق به شبیه‌سازی مولکول هیدروژن شدند. از آن زمان تاکنون، IBM برنامه‌ریزی‌هایی را برای شبیه‌سازی مولکول‌های پیچیده‌تر انجام داده است. این روش ضمن اینکه ممکن است به تولید داروهای جدید منجر شود، می‌تواند باعث ساخت مواد و ترکیبات شیمیایی جدید نیز بشود. این می‌تواند شامل باتری‌های بادوام‌تر، کودهای مؤثرتر و حتی پلاستیک‌های تجزیه‌پذیر نیز باشد.


مقابله با هک
درحالی‌که گشودن رمزهای یک ابررایانه با پسوردهای کنونی، قرن‌ها طول می‌کشد، این کار با رایانه‌های کوانتومی در عرض چند ساعت انجام خواهد شد. شما می‌توانید به همه‌‌چیز از جمله، ای‌میل‌ها، حساب‌های بانکی و سایر موارد به آسانی دسترسی داشته باشید. خوشبختانه، فیزیک کوانتوم می‌تواند راه‌حل مناسبی برای این مسئله باشد. توزیع کلید کوانتومی (QKD) اطلاعات را با استفاده از تصاویر انجام می‌دهد. اگر تلاش کنید تا این ذرات را بخوانید، آنها حالت نامشخص خود را از دست می‌دهند و برای صاحب آن هشدار ارسال می‌کنند.