سخنرانی TED مدیر پروژه AI کوانتومی گوگل: ساخت رایانه کوانتومی در دستور کار گوگل قرار دارد 

به گزارش پیوست، هارتموت نون تاثیر رایانه‌های کوانتومی را بر سلامت،‌ تجارت، حمل و نقل، صنایع گونان و به‌طور کلی همه ابعاد زندگی پررنگ شمرد. طبق ویش‌بینی او هوش مصنوعی کوانتومی در آینده می‌تواند در رقابت با سیستم‌های کلاسیک برنده شود.

رایانه‌های کوانتومی: فراتر از منطق صفر و یک

مدیر پروژه هوش مصنوعی کوانتومی گوگل توضیح داد که رایانه‌های امروزی، مانند لپ‌تاپ یا سرورهای مراکز داده گوگل، بر اساس منطق دودویی (صفر و یک) کار می‌کنند. اما رایانه‌های کوانتومی این منطق را کنار گذاشته و از قوانین فیزیک کوانتومی بهره می‌برند. این قوانین امکان انجام محاسبات پیچیده را با تعداد مراحل بسیار کمتری فراهم می‌کند.

قدرت اصلی این فناوری از کجا می‌آید؟

نون با اشاره به این که رایانش کوانتومی اولین فناوری‌ است که به‌طور جدی ایده وجود چندین جهان موازی (Multiverse) را در نظر می‌گیرد، گفت: می‌توان رایانه‌های کوانتومی را به‌عنوان ابزاری تصور کرد که محاسبات را بین جهان‌های موازی توزیع می‌کند.

ابرپوشانی (Superposition): کلید ورود به جهان‌های موازی

برای درک این مفهوم، هارتموت نون از مثالی ساده استفاده می‌کند. تصور کنید ۳ سکه داریم که هر کدام می‌توانند روی یک حالت باشد: شیر یا خط (۰ یا ۱). در فیزیک کلاسیک، اگر نیروهای وارد بر سیستم را بشناسیم، می‌توانیم وضعیت آینده را پیش‌بینی کنیم. اما در فیزیک کوانتومی، سیستم می‌تواند به‌طور همزمان در چندین حالت مختلف وجود داشته باشد. این ویژگی را «ابرپوشانی» می‌نامند.

به گفته نون، این مفهوم نشان می‌دهد که حتی در همین لحظه، ما و محیط اطرافمان می‌توانیم در پیکربندی‌های مختلفی در جهان‌های متفاوت وجود داشته باشیم. این ویژگی عجیب و شگفت‌انگیز، اساس قدرت رایانش کوانتومی است.

 جست‌وجوی کوانتومی سریع‌تر از همیشه

بنیان‌گذار و مدیر تیم هوش مصنوعی و کوانتوم گوگل برای توضیح برتری رایانه کوانتومی، مثالی از یک عملیات جست‌وجو می‌زند: فرض کنید یک شیء را در یکی از یک میلیون کشو یک کمد قرار دادید. در حالت عادی، باید حدود ۵۰۰ هزار کشو را بررسی کنید تا آن را پیدا کنید. اما یک الگوریتم کوانتومی می‌تواند همان شیء را تنها در هزار مرحله پیدا کند. این سرعت خارق‌العاده فقط در یک جهان ممکن نیست. رایانه‌های کوانتومی از قدرت محاسبه در جهان‌های موازی بهره می‌برند.

نون برنامه‌نویسی کوانتومی را با استفاده از زبان Cirq (مبتنی بر پایتون) نشان می‌دهد. این برنامه مانند یک قطعه موسیقی نوشته می‌شود و هر خط نمایانگر یک کیوبیت است. پس از اجرا، برنامه به مراکز داده گوگل در سانتا باربارا ارسال می‌شود. رایانه‌های کوانتومی گوگل اکنون بیش از ۱۰۰ کیوبیت دارند و می‌توانند عملیات پیچیده را از طریق پالس‌های الکتریکی انجام دهند.

 از کریستال‌های زمانی تا کرم‌چاله‌های کوچک

کرم‌چاله‌های کوچک قابل عبور (Tiny Traversable Wormholes)،کریستال‌های زمانی (Time Crystals) و انیون‌های غیرقابل جابه‌جایی(Non-Abelian Anyons) ۳ دستاورد مهم تیم گوگل در رابطه با رایانه‌های کوانتومی است.

در رابطه با کرم‌چاله‌های کوچک قابل عبور تیم گوگل موفق شده حالت کوانتومی ایجاد کند که شبیه به یک کرم‌چاله کوچک عمل می‌کند. می‌توان یک کیوبیت را درون آن انداخت و دید که چگونه از سوی دیگر ظاهر می‌شود.

کریستال‌های زمانی کریستال‌هایی هستند که ویژگی‌های فیزیکی شگفت‌انگیزی دارند. آنها بدون تبادل انرژی با محیط اطراف، به‌طور دوره‌ای در زمان تغییر می‌کنند.

انیون‌های غیرقابل جابه‌جایی سیستم‌هایی هستند که وقتی دو جزء یکسان را جابه‌جا می‌کنید، ویژگی‌های کل سیستم را تغییر می‌دهند،چیزی که در دنیای کلاسیک دیده نمی‌شود.

کاربردهای تجاری: از پزشکی تا انرژی‌های پایدار

نون اعلام کرد که گوگل در حال تکمیل الگوریتمی است که می‌تواند به اولین کاربرد تجاری رایانه‌های کوانتومی منجر شود. این الگوریتم برای پردازش سیگنال و تجزیه‌ و تحلیل مولکول‌ها با استفاده از طیف‌سنجی چرخش هسته‌ای-الکترونیکی طراحی شده است.

در آینده، این فناوری می‌تواند به تولید دستگاه‌هایی شبیه به «بینی الکترونیکی» برای گوشی‌های هوشمند یا ساعت‌های هوشمند منجر شود. نون در این باره گفت: تصور کنید گوشی شما بتواند هنگام ورود به اتاقی آلوده به ویروس‌های خطرناک به شما هشدار دهد. یا ساعت هوشمند شما بتواند رادیکال‌های آزاد در خون شما را شناسایی کند و به شما بگوید وقت نوشیدن آب است.

نقشه راه گوگل: ساخت رایانه کوانتومی با یک میلیون کیوبیت

هارتموت نون، نقشه راه گوگل برای ساخت رایانه‌ای با یک میلیون کیوبیت فیزیکی را توضیح داد. این مسیر شامل ۶ مرحله است که تاکنون ۲ مرحله آن به‌طور کامل انجام شده است.

نخستین مرحله آن، دستیابی به برتری کوانتومی است. در سال ۲۰۱۹، گوگل موفق شد اولین محاسبه‌ای را انجام دهد که سریع‌ترین ابررایانه جهان برای انجام آن به ۱۰ هزار سال زمان نیاز داشت. تصحیح خطاهای کوانتومی مرحله دوم است. در سال ۲۰۲۳، گوگل توانست نشان دهد که تصحیح خطاهای کوانتومی به‌صورت مقیاس‌پذیر امکان‌پذیر است.

نون همچنین گفت: تا پایان این دهه، گوگل امیدوار است به هدف نهایی خود یعنی ساخت یک رایانه کوانتومی مفید دست یابد.

کاربردهای آینده: از طراحی دارو تا هوش مصنوعی کوانتومی

رایانه‌های کوانتومی می‌توانند تأثیر چشمگیری در حوزه‌های مختلف داشته باشند. طراحی داروهای جدید یکی از این حوزه‌هاست. برای نمونه، مدل‌سازی دقیق واکنش‌های آنزیمی مانند سیتی‌کروم پی 450 که در متابولیسم ۷۵ درصد داروها نقش دارد. ساخت باتری‌های سبک‌تر، سریع‌تر و بادوام‌تر برای خودروها و هواپیماهای برقی زمینه دیگری است که می‌توان به آن اشاره کرد.

و همچنین انرژی همجوشی هسته‌ای که با تسریع در طراحی راکتورهای همجوشی برای مقابله با تغییرات اقلیمی اتفاق میفتد. یکی دیگر از حوزه‌های کاربرد رایانه‌های کوانتومی طراحی هوش مصنوعی کوانتومی است. مدیر تیم هوش مصنوعی و کوانتوم گوگل پیش‌بینی می‌کند که در آینده، هوش مصنوعی کوانتومی می‌تواند در رقابت با سیستم‌های کلاسیک برنده شود.

آینده‌ای هیجان‌انگیز برای علم و انسانیت

مدیر پروژه هوش مصنوعی کوانتومی گوگل در پایان سخنرانی خود به موضوعی فلسفی اشاره کرد و گفت: شاید رایانش کوانتومی بتواند به یکی از عمیق‌ترین سوالات بشریت پاسخ دهد. اینکه آگاهی چگونه به وجود می‌آید؟

او معتقد است که آگاهی می‌تواند نتیجه تجربه ما از ظهور یک دنیای کلاسیک از دل چندجهانی کوانتومی باشد. گوگل در حال همکاری با دانشمندان برای آزمایش این فرضیه از طریق روش‌های نوین در زیست‌شناسی عصبی کوانتومی است.