گوگل با معرفی الگوریتم کوانتومی جدیدی به نام پژواک‌های کوانتومی توانسته محاسباتی انجام دهد که برای ابررایانه‌ها بیش از سه سال زمان می‌برد.
به گزارش تکراتو و به نقل از arstechnica، گوگل بار دیگر توجه دنیای علم را به خود جلب کرده است. این شرکت به همراه گروهی از پژوهشگران دانشگاهی، الگوریتم جدیدی معرفی کرده که توانسته از سریع‌ترین ابررایانه‌های جهان پیشی بگیرد.
الگوریتم تازه گوگل که پژواک‌های کوانتومی نام دارد، در آزمایش‌ها محاسباتی را در دو ساعت انجام داده که برای ابررایانه Frontier بیش از سه سال طول می‌کشد.
چند سال پیش، گوگل اعلام کرده بود که تراشه‌هایش به مرحله برتری کوانتومی رسیده‌اند، یعنی توانایی انجام عملیاتی را دارند که برای رایانه‌های کلاسیک غیرممکن است.
اما بعدها ریاضی‌دانان روش‌هایی یافتند که عملکرد سیستم‌های کلاسیک را بهبود بخشید، در نتیجه گوگل مجبور شد آزمایش‌ها را با پردازنده‌ای بهتر تکرار کند.
از آن زمان تمرکز جامعه علمی از مفهوم برتری کوانتومی به سمت دو معیار دیگر تغییر کرد: یکی کاربردپذیری کوانتومی، یعنی زمانی که رایانه کوانتومی در حل مسائل واقعی مفید باشد، و دیگری مزیت کوانتومی، زمانی که محاسبه‌ای در رایانه کوانتومی بسیار سریع‌تر از رایانه کلاسیک انجام شود.
در پژوهش جدید، گوگل روشی به نام پژواک‌های کوانتومی را به کار گرفته است. این روش شامل مجموعه‌ای از عملیات روی بیت‌های کوانتومی یا کیوبیت‌هاست.
در این روش، ابتدا مجموعه‌ای از عملیات دوکیوبیتی انجام می‌شود که وضعیت سیستم را تغییر می‌دهد، سپس همان عملیات به صورت معکوس اجرا می‌شود تا سیستم به حالت اولیه بازگردد.
اما گوگل در میان این دو مرحله، عملیات تصادفی تک‌کیوبیتی اضافه کرده تا سیستم دیگر دقیقاً به نقطه شروع بازنگردد. همین تغییر باعث ایجاد الگوی پژواک‌مانند در رفتار سیستم می‌شود، مشابه انعکاس ناقص صدا در پژواک.
به گفته تیم اوبراین از گوگل، در این فرایند سیستم ابتدا در زمان به جلو تکامل می‌یابد، سپس با یک اختلال کوچک مواجه می‌شود و بعد دوباره به عقب بازمی‌گردد. اما در دنیای کوانتومی، این حرکت‌های رو به جلو و عقب با یکدیگر تداخل دارند و همین تداخل تعیین می‌کند سیستم در پایان در چه حالتی قرار بگیرد.
این رفتار که در فیزیک کوانتومی با عنوان همبستگی‌های خارج از ترتیب زمانی شناخته می‌شود، پایه اصلی الگوریتم جدید گوگل است.
پژوهشگران با اجرای چندباره این عملیات توانستند الگوی احتمالاتی رفتار سیستم را به‌دست آورند و در نهایت نشان دهند که شبیه‌سازی همین روند در یک ابررایانه بسیار زمان‌بر است.
پژواک‌های کوانتومی علاوه بر نمایش مزیت سرعت، می‌توانند در کاربردهای علمی نیز مفید باشند. گوگل می‌گوید این الگوریتم می‌تواند به درک بهتر رفتار مولکول‌ها در دستگاه‌های تشدید مغناطیسی هسته‌ای یا NMR کمک کند.
در آزمایش‌های انجام‌شده، پژوهشگران با استفاده از مولکولی که در آن از ایزوتوپ کربن-۱۳ استفاده شده بود، پژواک‌های کوانتومی را به صورت فیزیکی بازسازی کردند. این کار امکان بررسی نحوه انتقال قطبش در شبکه چرخش‌های اتمی مولکول را فراهم کرد.
تیم تحقیقاتی این روش را با نام اختصاری TARDIS معرفی کرده است که به معنای بازگردانی دقیق زمانی برهم‌کنش‌های دوقطبی است.
در این فرایند، مجموعه‌ای از پالس‌ها به نمونه NMR فرستاده می‌شود تا یک آشفتگی در شبکه اسپین‌های مولکولی ایجاد شود و سپس پژواکی از آن بازگردانده شود.
تحلیل این پژواک‌ها نشان می‌دهد که می‌توان با استفاده از آن، اطلاعات ساختاری مولکول‌ها را در فواصل دورتری نسبت به روش‌های معمول NMR به‌دست آورد.
مدل‌سازی این رفتار با رایانه‌های کلاسیک بسیار دشوار است، اما الگوریتم جدید گوگل این کار را با سرعت بالا انجام می‌دهد.
در حال حاضر این پژوهش تنها روی مولکول‌های ساده انجام شده و بیشتر جنبه اثبات مفهوم دارد. با این حال، گوگل و همکارانش معتقدند در آینده می‌توان از این روش برای تحلیل مولکول‌های پیچیده‌تر و کشف جزئیاتی استفاده کرد که پیش‌تر قابل مشاهده نبود.
البته هنوز محدودیت‌هایی وجود دارد. شبیه‌سازی مولکول‌های بزرگ‌تر نیازمند بهبود دقت سخت‌افزار کوانتومی است و گوگل برآورد کرده که برای این کار باید کیفیت پردازنده‌ها سه تا چهار برابر بهتر شود.
همچنین صحت نتایج این الگوریتم به‌راحتی با رایانه‌های کلاسیک قابل تأیید نیست و نیاز به مقایسه با رایانه‌های کوانتومی دیگر دارد.
با این حال گوگل اعلام کرده هیچ سیستم کوانتومی دیگری در حال حاضر ترکیب مشابهی از تعداد کیوبیت‌ها و نرخ خطا ندارد. به گفته این شرکت، الگوریتم جدید روی تراشه‌ای با ۶۵ کیوبیت اجرا شده که کل تراشه دارای ۱۰۵ کیوبیت است.
هرچند ممکن است برخی شرکت‌ها با این ادعا موافق نباشند، اما کارشناسان معتقدند دستاورد اخیر گوگل نقطه عطفی مهم در مسیر رسیدن به کاربردهای واقعی محاسبات کوانتومی است.
میشل دوورِه، از برندگان اخیر جایزه نوبل و از اعضای پروژه، اعلام کرده است که الگوریتم‌های کوانتومی بیشتری در دست توسعه هستند و به‌زودی شاهد پیشرفت‌های بزرگ‌تری خواهیم بود.
