به نقل از «ایران اکونومیست»

برتری کوانتومی قرار است جهان را تغییر دهد!

تاریخ انتشار: ۷ آذر ۱۴۰۲ | کد خبر: ۳۹۱۷۹۵۵۹

چندین شرکت حوزه فناوری اقدام به ساخت رایانه‌های کوانتومی کرده‌اند اما این مدل‌های اولیه هنوز برتری کوانتومی را که توانایی پیشی گرفتن از ابررایانه‌های معمولی است، نشان نداده‌اند. «دنیل لیدار» فیزیکدان آمریکایی در یک گزارش جدید توضیح داده است که برتری کوانتومی چگونه جهان را تغییر خواهد داد.

به گزارش ایران اکونومیست و به نقل از فست کمپانی، «برتری کوانتومی»(Quantum advantage) در حال حاضر یک نقطه عطف است که حوزه محاسبات کوانتومی به شدت با آن سر و کار دارد.

بیشتر بخوانید: اخباری که در وبسایت منتشر نمی‌شوند!

یک رایانه کوانتومی می‌تواند مسائلی را حل کند که فراتر از توان قوی‌ترین رایانه‌های غیرکوانتومی یا کلاسیک هستند.

کوانتوم به مقیاس اتم‌ها و مولکول‌ها اشاره می‌کند. در این مقیاس، قوانین فیزیک شکسته می‌شوند و مجموعه‌ متفاوتی از قوانین غیرمعمول اعمال می‌گردند. رایانه‌های کوانتومی از این رفتارهای عجیب برای حل مشکلات استفاده می‌کنند.

مسئله‌های گوناگونی مانند شکستن الگوریتم‌های رمزگذاری پیشرفته وجود دارند که حل کردن آنها برای رایانه‌های کلاسیک عملی نیست. پژوهش‌های انجام‌شده در دهه‌های اخیر نشان داده‌اند که رایانه‌های کوانتومی، توانایی حل کردن برخی از این مشکلات را دارند. اگر بتوان یک رایانه کوانتومی ساخت که یکی از این مشکلات را حل کند، برتری کوانتومی ثابت خواهد شد.

«دنیل لیدار»(Daniel Lidar) فیزیکدان و استاد مهندسی «دانشگاه کالیفرنیای جنوبی»(USC) است که پردازش اطلاعات کوانتومی و کنترل سیستم‌های کوانتومی را مطالعه می‌کند. او باور دارد که این مرز نوآوری در علم و فناوری نه تنها نویدبخش پیشرفت‌های پیشگامانه در محاسبات است، بلکه افزایش گسترده‌تر فناوری کوانتومی از جمله پیشرفت‌های قابل توجه در رمزنگاری کوانتومی و سنجش کوانتومی را به نمایش می‌گذارد.

لیدار در این گزارش توضیح داده است که چگونه برتری کوانتومی می‌تواند جهان را تغییر دهد.

منبع قدرت محاسبات کوانتومی

مرکز محاسبات کوانتومی، بیت کوانتومی یا کیوبیت است. برخلاف بیت‌های کلاسیک که فقط می‌توانند در حالت‌های صفر یا یک باشند، یک کیوبیت می‌تواند در هر حالتی از ترکیب صفر و یک باشد. این حالت که نه فقط یک و نه فقط صفر است، به عنوان «برهم‌نهی کوانتومی» شناخته می‌شود. با هر کیوبیت اضافی، تعداد حالت‌هایی که می‌توان با کیوبیت‌ها نشان داد دو برابر می‌شود.

این ویژگی اغلب با منبع قدرت محاسبات کوانتومی اشتباه گرفته می‌شود و در عوض، به یک فعل و انفعال پیچیده از برهم‌نهی، تداخل و درهم‌تنیدگی می‌رسد.

تداخل شامل دستکاری کیوبیت‌ها به‌ گونه‌ای است که حالت‌های آنها در طول محاسبات، به طور سازنده برای تقویت راه‌حل‌های درست و به ‌طور مخرب برای سرکوب پاسخ‌های اشتباه ترکیب شوند. تداخل سازنده زمانی اتفاق می‌افتد که قله‌های دو موج مانند امواج صوتی یا امواج اقیانوس، برای ایجاد یک قله بالاتر با هم ترکیب شوند. تداخل مخرب زمانی اتفاق می‌افتد که یک قله و یک فرورفتگی موج با هم ترکیب شوند و یکدیگر را خنثی کنند. الگوریتم‌های کوانتومی که ابداع کردن آنها کم و دشوار است، دنباله‌ای از الگوهای تداخلی را تنظیم می‌کنند که پاسخ درست را به یک مسئله می‌دهند.

درهم‌تنیدگی، یک همبستگی کوانتومی منحصربه‌فرد را بین کیوبیت‌ها ایجاد می‌کند که در آن، حالت یکی را نمی‌توان مستقل از بقیه توصیف کرد؛ مهم نیست کیوبیت‌ها چقدر از هم دور باشند. این همان چیزی است که «آلبرت اینشتین» آن را «کنش ترسناک از راه دور» نامید. رفتار جمعی درهم‌تنیدگی که از طریق یک رایانه کوانتومی تنظیم شده، افزایش سرعت محاسباتی را امکان‌پذیر می‌کند که خارج از دسترس رایانه‌های کلاسیک است.

کاربرد محاسبات کوانتومی

محاسبات کوانتومی، طیف گسترده‌ای از کاربردهای احتمالی را دارند که می‌توانند بهتر از کاربرد رایانه‌های کلاسیک باشند. در رمزنگاری، رایانه‌های کوانتومی هم یک فرصت و هم یک چالش هستند. معروف‌تر از همه این است که آنها پتانسیل رمزگشایی الگوریتم‌های رمزگذاری کنونی مانند «آراس‌ای»(RSA) را دارند.

یکی از پیامدهای این امر این است که پروتکل‌های رمزگذاری امروزی باید دوباره مهندسی شوند تا در برابر حملات کوانتومی آینده مقاوم باشند. این شناخت، به شکل‌گیری حوزه روبه‌رشد «رمزنگاری پساکوانتوم» منجر شده است. پس از یک فرآیند طولانی، «موسسه ملی فناوری و استانداردهای آمریکا»(NIST) اخیرا چهار الگوریتم مقاوم در برابر کوانتوم را انتخاب کرده و فرآیند آماده‌سازی الگوریتم‌ها را آغاز کرده است تا سازمان‌های سراسر جهان بتوانند از آنها در فناوری رمزگذاری خود استفاده کنند.

علاوه بر این، محاسبات کوانتومی می‌توانند سرعت شبیه‌سازی کوانتومی را به طور چشمگیری افزایش دهند. شبیه‌سازی کوانتومی، توانایی پیش‌بینی کردن نتیجه آزمایش‌هایی است که در قلمرو کوانتوم عمل می‌کنند. «ریچارد فاینمن»(Richard Feynman) فیزیک‌دان مشهور آمریکایی، بیش از ۴۰ سال پیش این امکان را تصور کرد. شبیه‌سازی کوانتومی، پتانسیل پیشرفت‌های قابل‌توجهی را در علم شیمی و مواد ارائه می‌دهد و در زمینه‌هایی مانند مدل‌سازی پیچیده ساختارهای مولکولی برای کشف دارو و امکان کشف یا ایجاد مواد با خواص جدید کمک می‌کند.

یکی دیگر از کاربردهای فناوری اطلاعات کوانتومی، سنجش کوانتومی است. سنجش کوانتومی، به تشخیص و بررسی خواص فیزیکی مانند انرژی الکترومغناطیسی، گرانش، فشار و دما با حساسیت و دقت بیشتر نسبت به تجهیزات غیرکوانتومی گفته می‌شود. سنجش کوانتومی، کاربردهای بی‌شماری را در زمینه‌هایی مانند بررسی محیطی، اکتشافات زمین‌شناسی، تصویربرداری پزشکی و نظارت دارد.

ابتکاراتی مانند توسعه اینترنت کوانتومی که رایانه‌های کوانتومی را به هم متصل می‌کند، گام‌های مهمی در جهت ایجاد پل ارتباطی بین دنیای محاسبات کوانتومی و کلاسیک هستند. این شبکه را می‌توان با استفاده از پروتکل‌های رمزنگاری کوانتومی مانند «توزیع کلید کوانتومی»(QKD) ایمن‌سازی کرد که کانال‌های ارتباطی فوق‌العاده ایمن را فعال می‌سازند تا در برابر حملات محاسباتی محافظت شوند.

به رغم وجود داشتن یک مجموعه کاربردی روبه‌رشد برای محاسبات کوانتومی، توسعه الگوریتم‌های جدید که از برتری کوانتومی به ‌ویژه در یادگیری ماشینی به طور کامل استفاده می‌کنند، یک حوزه حیاتی از پژوهش‌های در حال انجام شدن است.

منسجم ماندن و غلبه کردن بر خطاها

حوزه محاسبات کوانتومی با موانع قابل توجهی در توسعه سخت‌افزار و نرم‌افزار روبرو است. رایانه‌های کوانتومی نسبت به هرگونه تعامل ناخواسته با محیط خود بسیار حساس هستند. این امر به بروز پدیده ناپیوستگی منجر می‌شود که در آن، کیوبیت‌ها به سرعت به حالت صفر یا یک بیت‌های کلاسیک تنزل می‌یابند.

ساختن سیستم‌های محاسبات کوانتومی در مقیاس بزرگ که قادر به فراهم کردن افزایش سرعت کوانتومی باشند، نیازمند غلبه بر عدم پیوستگی است. راه‌حل کلیدی، توسعه روش‌های مؤثر برای سرکوب و تصحیح خطاهای کوانتومی است و تحقیقات دنیل لیدار روی همین حوزه متمرکز ‌شده‌اند.

در راستای بررسی این چالش‌ها، استارت‌آپ‌های سخت‌افزاری و نرم‌افزاری کوانتومی متعددی در کنار غول‌های فناوری مانند «گوگل» و «آی‌بی‌ام»(IBM) ظهور کرده‌اند. این علاقه صنعتی همراه با سرمایه‌گذاری قابل توجه دولت‌های سراسر جهان، بر شناخت جمعی در مورد پتانسیل تحول‌آفرین فناوری کوانتومی تأکید می‌کند. این ابتکارات، یک اکوسیستم غنی را تقویت می‌کنند که در آن دانشگاه و صنعت با یکدیگر همکاری دارند و پیشرفت در این زمینه را سرعت می‌بخشند.

برتری کوانتومی در حال نشان دادن خود است

محاسبات کوانتومی ممکن است روزی به اندازه ورود «هوش مصنوعی مولد» مخرب باشند. در حال حاضر، توسعه فناوری محاسبات کوانتومی در یک مقطع حیاتی قرار دارد. این حوزه قبلا نشانه‌های اولیه دستیابی به یک برتری کوانتومی تخصصی را نشان داده است. پژوهشگران گوگل و سپس گروهی از پژوهشگران چین، برتری کوانتومی را برای تولید فهرستی از اعداد تصادفی با ویژگی‌های خاص نشان دادند. گروه پژوهشی لیدار نیز سرعت کوانتومی را برای یک بازی حدس زدن اعداد تصادفی نشان داد.

از سوی دیگر، در صورتی که نتایج عملی در کوتاه‌مدت محقق نشوند، خطر ملموسی را برای ورود به «زمستان کوانتومی» به همراه خواهند داشت که یک دوره از کاهش سرمایه‌گذاری است.

در حالی که صنعت برای ارائه کردن برتری کوانتومی در محصولات و خدمات در کوتاه‌مدت تلاش می‌کند، پژوهش‌های آکادمیک همچنان بر بررسی اصول زیربنای این مفهوم متمرکز هستند. این پژوهش‌های بنیادی مستمر که مشتاقانه توسط دانشجویان جدید و باهوش انجام می‌شوند، تضمین می‌کنند که این حوزه به پیشرفت خود ادامه خواهد داد.

 

منبع: خبرگزاری ایسنا

منبع: ایران اکونومیست

کلیدواژه: رایانه های کوانتومی محاسبات کوانتومی برتری کوانتومی الگوریتم ها کیوبیت ها

درخواست حذف خبر:

«خبربان» یک خبرخوان هوشمند و خودکار است و این خبر را به‌طور اتوماتیک از وبسایت iraneconomist.com دریافت کرده‌است، لذا منبع این خبر، وبسایت «ایران اکونومیست» بوده و سایت «خبربان» مسئولیتی در قبال محتوای آن ندارد. چنانچه درخواست حذف این خبر را دارید، کد ۳۹۱۷۹۵۵۹ را به همراه موضوع به شماره ۱۰۰۰۱۵۷۰ پیامک فرمایید. لطفاً در صورتی‌که در مورد این خبر، نظر یا سئوالی دارید، با منبع خبر (اینجا) ارتباط برقرار نمایید.

با استناد به ماده ۷۴ قانون تجارت الکترونیک مصوب ۱۳۸۲/۱۰/۱۷ مجلس شورای اسلامی و با عنایت به اینکه سایت «خبربان» مصداق بستر مبادلات الکترونیکی متنی، صوتی و تصویر است، مسئولیت نقض حقوق تصریح شده مولفان در قانون فوق از قبیل تکثیر، اجرا و توزیع و یا هر گونه محتوی خلاف قوانین کشور ایران بر عهده منبع خبر و کاربران است.

خبر بعدی:

اینترنت کوانتومی و فناوری دسترسی رادیویی باز در کشور توسعه خواهد یافت

به گزارش خبرگزاری علم و فناوری آنا، سید محمد کرباسی، دبیر ستاد توسعه فناوری‌های اتصال پذیری و ارتباطات معاونت علمی، فناوری و اقتصاد دانش‌بنیان ریاست جمهوری اطلاع داد: درسال گذشته، این ستاد در بحث تبصره ۱۸، از ۱۱ طرح به مبلغ ۲۷.۵ میلیارد تومان و خارج از تبصره ۱۸، از ۱۴ طرح به مبلغ ۱۰ میلیارد تومان حمایت کرده است.  

وی در خصوص مأموریت‌های ستاد توسعه فناوری‌های اتصال‌پذیری توضیح داد: رصد فناوری و شناسایی زیست‌بوم، فرهنگ‌سازی و ترویج سواد فناوری، حمایت از نخبگان پژوهشگر و سرآمدان فناور، توسعه فناوری‌های اولویت‌دار و نوظهور و تجاری‌سازی و بازاریابی از جمله ماموریت‌هایی است که این ستاد در دستور کار خود دارد.

کرباسی، توسعه منابع انسانی، توسعه فرهنگ بومی‌سازی شبکه ملی اطلاعات، توسعه اتصال‌پذیری با اولویت هوشمندسازی صنایع و تقویت زیرساخت امنیت سایبری شبکه و صنعتی را از اهداف راهبردی این ستاد برشمرد.

وی ادامه داد: دانشگاهیان و پژوهشگران، هسته‌های فناور و شرکت‌های نوپا، صنایع، سازمان‌ها و نهاد‌های دولتی، عموم افراد جامعه از مخاطبان این ستاد محسوب می‌شوند.

کرباسی درباره فعالیت‌های این ستاد گفت: ستاد توسعه فناوری‌های اتصال پذیری و ارتباطات در سال گذشته اقدام به انتشار هفت فراخوان کرد که از آن جمله می‌توان به فراخوان حمایت از پایان‌نامه‌های دانشجویی، فراخوان پروژه‌های تحقیقاتی- طرح‌های پژوهشی و پسادکتری (بنیاد علم)، فراخوان حمایت از طرح‌های فناورانه (نوآفرین)، فراخوان حمایت از طرح‌های فناورانه در حوزه تجهیزات رادیویی، فراخوان مشترک با شرکت ایرانسل، فراخوان حمایت از طرح‌های فناورانه کرده است.

دبیر ستاد توسعه فناوری‌های اتصال پذیری و ارتباطات همچنین به پروژه‌های پرچم‌دار این ستاد در سال گذشته هم اشاره کرد و گفت: این پروژه‌های پرچم دار بر محصولات مورد نیاز گلوگاهی کشور تمرکز دارند و هدف از طرح این پروژه‌ها را حل مشکلات کشور در بحث فناوری  دانست.

وی در این راستا، پروژه اینترنت کوانتومی، فناوری دسترسی رادیویی باز (Open RAN) و  Fablab IOT و FSO را از جمله این پروژه‌های پرچم دار برشمرد.

کرباسی در خصوص حمایت‌های ستاد هم گفت: ستاد در بحث تبصره ۱۸، ۷۲ طرح دریافت و ۱۱ طرح را به مبلغ ۲۷/۵ میلیارد تومان مورد حمایت قرار داده و خارج از تبصره ۱۸، ۱۸ طرح دریافت  و ۱۴ طرح به مبلغ ۱۰ میلیارد تومان مورد حمایت قرار گرفته اند.

وی ادامه داد: در حوزه تجاری‌سازی و بازاریابی هم ستاد برنامه‌هایی را در دستور کار خود داشته است.

کرباسی، شرکت در گردهمایی شرکت‌های فناوری اطلاعات و نرم افزار‌های رایانه‌ای در مشهد، شرکت در رویداد ملی نکست و امضا ۱۳ تفاهم نامه و توافق نامه را از جمله اقدامات صورت گرفته در این راستا عنوان کرد.  

وی ادامه داد: همچنین، همکاری در تجهیز دو آزمایشگاه تخصصی در حوزه ۵G و IOT با همراه اول و شرکت ایرانسل از دیگر اقدامات این ستاد در سال ۱۴۰۲ است.

کرباسی اضافه کرد: حدود ۳۳ میلیارد تومان از محل بودجه ستاد به تفکیک ۱۱ درصد به فرهنگ سازی و ترویج سواد فناوری، ۲۱ درصد حمایت از نخبگان و ۶۸ درصد توسعه فناوری و همچنین  ۴۹ میلیارد تومان هم از نهاد‌های دیگر در قالب اعتبار مالیاتی و تفاهم‌نامه‌ها جذب شد که به تفکیک ۱ درصد به فرهنگ سازی و ترویج سواد فناوری، ۳۷ درصد به حمایت از نخبگان و ۶۲ درصد به توسعه فناوری اختصاص پیدا کرده است.

وی در ادامه از تشکیل کارگروه‌هایی همچون اینترنت اشیا و هوشمندسازی، ارتباطات نسل جدید، ماهواره و سنجش از راه دور و  امنیت سایبری به عنوان یکی از اقدامات این ستاد در سالی که گذشت یاد کرد.  

کرباسی درباره دیگر اقدامات این ستاد افزود: بازدید از شرکت‌های دانش‌بنیان و آزمایشگاه‌های تخصصی در راستای رصد، شناسایی و ترویج امید در حوزه فناوری‌های اتصال‌پذیری و ارتباطات از دیگر برنامه‌هایی است که دبیر ستاد توسعه فناوری‌های اتصال‌پذیری و ارتباطات از جمله این فعالیت‌ها است.

وی اضافه کرد: بازدید از آزمایشگاه تحقیقاتی و  مرکز نوآوری و شرکت‌های دانش‌بنیان مستقر در دانشگاه علم و صنعت، مجموعه‌های شتاب‌دهنده و شرکت‌های دانش‌بنیان شهر اصفهان، کارخانه نوآوری در خراسان رضوی و بررسی مسائل فناورانه بخش رادیویی نسل پنجم ارتباطی در نشستی با شرکت‌های دانش‌بنیان از جمله  دیگر اقدامات این ستاد است.

 کرباسی به فعالیت‌های نمایشگاهی این ستاد اشاره کرد و گفت: حضور ستاد در چهارمین رویداد هفته ایران دیجیتال، کنفرانس ظرفیت شبکه ملی اطلاعات ویژه توسعه هوشمندسازی، چهاردهمین نمایشگاه فناوری نانو ۱۴۰۲ و  بیست و چهارمین نمایشگاه بین‌المللی تلکام ۱۴۰۲ از دیگر فعالیت‌های نمایشگاهی ستاد توسعه فناوری‌های اتصال پذیری و ارتباطات است.

دبیر این ستاد درباره فعالیت‌های آموزشی و کارگاه‌ها ادامه داد: برگزاری سه دوره رویداد کاشتن برای آینده با عناوین «دنیای شگفت‌انگیز ارتباطات از ژرفای کوانتوم تا ماورای ماهواره‌ها»، «اتصال‌پذیری، ارتباطات و هوش مصنوعی» و «ایران هوشمند و متصل» و حمایت‌های مالی از نهاد‌ها و دانشجویان با موضوعاتی مانند اولین هکاتون  ۵G، دومین هکاتون همراه اول IOT، دوم هکاتون ۵G، برگزاری اولین دوره ASMMasters و مسابقه طراحی و ساخت ماهواره‌های مکعبی Qsat (کیوست) و برگزاری دو دوره آموزشی «امنیت سایبری» از جمله اقدامات آموزشی این ستاد است.

کرباسی در همین راستا اضافه کرد:همچنین، «آشنایی با فناوری‌های نوظهور و مشاغل آینده با عنوان اتصال‌پذیری و ارتباطات نسل جدید»  از دیگر رویداد‌ها و مسابقات و دوره‌های آموزشی  که این ستاد در سال گذشته به انجام رسانده است.

انتهای پیام/