قدرتمندترین کامپیوتر کوانتومی چین به نمایش درمی‌آید

Image for post
Image for post

کامپیوتر کوانتومی چین به همت یک تیم تحقیقاتی و دانشگاهی چینی ساخته شد. دستاورد یک تیم تحقیقاتی از دانشگاه علم و صنعت چین از برنامه‌های فناورانه گوگل در زمینه ابرپردازنده‌های کوانتومی پیشی گرفته و یک کامپیوتر کوانتومی ساخته است. این پردازنده کوانتومی محاسباتی که اجرای آن با کامپیوترهای کلاسیک به بیش از هشت سال زمان نیاز دارد را فقط در مدت کمی بیشتر از یک ساعت انجام می‌دهد!

 

توسعه کامپیوتر کوانتومی چین بزرگ‌ترین نقطه عطف در روند تحولات هیجان‌انگیز رایانش کوانتومی طی دو سال گذشته به شمار می‌رود. سرانجام در این برهه از تاریخ، محققان در سراسر جهان به «مزیت کوانتومی» که مدت‌ها به دنبال آن بودند، دست یافته‌اند؛ یعنی نقطه‌ای که محاسبات کوانتومی در آن می‌توانند مشکلی را حل کنند که با ابزارهای کلاسیک به یک زمان طولانی و غیرعملی نیاز دارد.

تیمی از گوگل برای اولین بار در سال ۲۰۱۹ با استفاده از کیوبیت‌های ابررسانا (که برای انجام محاسبات به جریان متکی هستند) به این مهم دست یافتند. سپس تیمی از چین در سال ۲۰۲۰ با استفاده از کیوبیت‌های فوتونیک (که بر اساس نور هستند و پتانسیل عملکرد سریع‌تری دارند) به این موفقیت دست پیدا کردند.

اکنون، یک تیم چینی دیگر (با هدایت همان محقق، جیان وی پان در دانشگاه علم و صنعت چین در شانگهای) در پروژه جدید کامپیوتر کوانتومی چین، بار دیگر از گوگل پیشی گرفته است. در پژوهشی که بر روی سرور ArXiv پیش از چاپ منتشر شد، این تیم، مزیت کوانتومی را با استفاده از کیوبیت‌های ابررسانا بر روی پردازنده کوانتومی به نام Zuchongzhi نشان داد.

کامپیوتر کوانتومی چین که با عنوان پردازنده Zuchongzhi شناخته می‌شود، یک کامپیوتر دوبعدی قابل برنامه‌ریزی است که می‌تواند همزمان ۶۶ کیوبیت را دستکاری کند. در نمایش جدید ۵۶ کیوبیت برای حل یک مسئله محاسباتی که برای آزمایش مهارت کامپیوتر طراحی شده بود، یعنی انجام نمونه‌ کار از توزیع خروجی مدارهای کوانتومی تصادفی، استفاده شده است.

Image for post
Image for post

در این تصویر، شماتیک تراشه ابررسانای دوبعدی کیوبیت یا رایانه کوانتومی چین قابل مشاهده است.

مبنای نظری این محاسبه چیست؟

مبنای نظری این محاسبه خلاصه کردن مسئله است و شامل تئوری ماتریس تصادفی، تجزیه و تحلیل ریاضی، آشوب کوانتومی، پیچیدگی محاسبات و نظریه احتمالات است. اما نکته مهمی که باید مورد توجه قرار گیرد، این است که زمانبندی حل این مسئله در اندازه نماهای دیگر به اندازه کیوبیت‌ها افزایش می‌یابد و به سیستم اضافه می‌شوند. این امر باعث می‌شود که برای ابر رایانه‌های کلاسیک به سرعت غیرقابل کنترل باشد، بنابراین یک بستر آزمایشی مناسب برای دستیابی به مزیت کوانتومی است.

این تیم در مقاله خود درباره دستاورد خود می‌گوید: «ما تخمین می‌زنیم انجام تسک‌هایی که به عنوان نمونه کار توسط Zuchongzhi در حدود ۱.۲ ساعت انجام شده، برای قدرتمندترین ابررایانه‌ها حداقل ۸ سال زمان نیاز دارد.  کار ما یک مزیت محاسباتی کوانتومی بدون ابهام را ایجاد می‌کند که برای محاسبه با ابزارها و روش‌های قدیمی در مدت زمان معقول غیرقابل اجرا است. پلتفرم محاسبات کوانتومی با دقت بالا و قابل برنامه‌ریزی دریچه جدیدی را برای کشف پدیده‌های گوناگونی که تا امروز غیرممکن بود و نیز پیاده‌سازی الگوریتم‌های پیچیده کوانتومی باز می‌کند.»

مسئله‌ای که به کامپیوتر کوانتومی چین به عنوان تسک داده شد، در حدود ۱۰۰ برابر چالش‌برانگیزتر از مسئله حل شده توسط پردازنده Sycamore Google در سال ۲۰۱۹ بود. در حالی که آن زمان، Sycamore از ۵۴ کیوبیت برای حل مسئله استفاده کرد، Zuchongzhi از ۵۶ کیوبیت برای پردازش و حل تسک خود استفاده کرد. این موضوع نشان می‌دهد با افزایش تعداد کیوبیت، عملکرد پردازنده به طور تصاعدی بهبود می‌یابد.

اگرچه اعدادی که در ارائه سال ۲۰۲۰ تیم چینی استفاده شده است، بسیار کمتر از ۷۶ کیوبیت فوتونیکی بوده است، اما آن پردازنده شامل مجموعه‌ای جدید از لیزرها، آینه‌ها، منشورها و آشکارسازهای فوتون بود و مانند Sycamore یا Zuchongzhi قابل برنامه‌ریزی نبود.