"رایانه های کوانتومی به زودی از ماشین های کلاسیک بهتر عمل می کنند"

دانشمندان اروپایی 100 سال را صرف توسعه زمینه مکانیک کوانتومی - شاخه ای از فیزیک که با مقیاس اتمی و زیر اتمی سروکار دارند - و ما باید اکنون سود را به دست آوریم که رایانه های کوانتومی و سایر فناوری ها به واقعیت تبدیل می شوند. دانشگاه اینسبروک ، اتریش.

دکتر مونز می گوید ، در حدود یک سال ، هنگامی که یک کامپیوتر کوانتومی از بهترین رایانه کلاسیک بهتر عمل می کند ، به یک نقطه عطف ضربه می زنیم. اعتبار تصویر - دکتر توماس مونز

او پیشرو یک پروژه برای توسعه یک کامپیوتر کوانتومی کاملاً مقیاس پذیر است. این پروژه بخشی از ابتکار پرچمدار 10 ساله 10 ساله اتحادیه اروپا برای شروع یک صنعت رقابتی اروپا در فن آوری های کوانتومی است.

یک کامپیوتر کوانتومی چیست و چگونه با رایانه های کلاسیک تفاوت دارد؟

‘تفاوت بزرگ در مقایسه با یک رایانه کلاسیک در این است که یک رایانه کوانتومی یک مجموعه قانون متفاوت را دنبال می کند. از صفر استفاده نمی شود و مواردی مانند رایانه های کلاسیک - بیت و بایت هستند - اما در واقع قادر به کار با چیزی به نام qubits است.

‘Qubits بیت های کوانتومی هستند و خاصیت خاصی دارند که در همان زمان می توانند صفر و یک باشند. رایانه کلاسیک فقط می تواند - مانند سوئیچ نور - چه روشن یا خاموش باشد ، و بیت های کوانتومی همزمان می توانند روشن و خاموش شوند. "

تأثیر آن چیست؟

‘این ترکیب اساساً به آن اجازه می دهد کارهایی را انجام دهد که یک رایانه کلاسیک نمی تواند انجام دهد. از آنجا که در بسیاری از ایالت ها به طور همزمان ، به طور ساده ، به شما امکان می دهد بسیاری از امکانات را همزمان بررسی کنید.(به عنوان مثال) ، اگر در امور مالی کار می کنید و می خواهید بگویید کدام نمونه کارها بیشترین سود را دارد ، باید موارد مختلف و بسیاری را در نظر بگیرید و سپس بهترین موارد را پیدا کنید. و این چیزی است که یک کامپیوتر کوانتومی ، زیرا در اصل به شما امکان می دهد بسیاری از موارد را همزمان محاسبه کنید ، به ویژه برای آن مناسب تر است.

‘(دیگری) مثال برجسته طراحی مواد انرژی است. به خط برق مورد نظر در خانه فکر کنید. شما اصطکاک - مقاومت اهمی - در کابل دارید. به همین دلیل یک موتور الکتریکی یا سشوار شما گرم می شود. قبل از رسیدن به خانه شما ، قدرت کمی از نیروگاه از بین می رود. آیا می توانیم یک ماده جدید را ارائه دهیم ، که مقاومت اهمی ندارد ، بنابراین ما در کابل تلفات (انرژی) نداریم؟خصوصیات ذاتی چگونگی کار اصطکاک در مواد ، که تا حدی توسط مکانیک کوانتومی اداره می شود. و یک کامپیوتر کوانتومی (آن را پیدا می کند) آسان است که قوانین کوانتومی را دنبال کنید.

‘این امکان را به شما می دهد تا طراحی مواد را انجام دهید و بررسی کنید که نامزدهای خوبی برای موادی هستند که می گویند مقاومت اهمی ، و ناگهان ما چند درصد را در از دست دادن انرژی جهانی از نیروگاه ها به مصرف کننده صرفه جویی می کنیم."

“

"تمام فیزیک کوانتومی 100 سال پیش در اروپا توسعه یافت. این چیزی است که ما در آن برتری داریم.

دکتر توماس مونز ، دانشگاه اینسبروک ، اتریش

اکنون ما در توسعه رایانه های کوانتومی کجا هستیم؟

in در حال حاضر چندین اثبات اجرای مفهوم وجود دارد.(به عنوان مثال) شرکت ها در منطقه مالی در بهینه سازی نمونه کارها مشغول به کار هستند. برخی از شرکت ها در حال کار به سمت شیمی هستند - یک نمونه بارز نحوه تولید کود است.

‘(اما) من فکر می کنم سوال اصلی این است که ، صرف نظر از اینکه در واقع در مورد رایانه کوانتومی صحبت می کنیم ، یک مورد را به من بدهید که در آن بهترین رایانه کلاسیک در سراسر جهان باشد.

"و بازه زمانی در مورد آن ، من حدس می زنم که به ترتیب یک سال دیگر است."

یکی از چالش های بزرگ نوشتن الگوریتم ها برای برنامه ریزی رایانه های کوانتومی است. ما با آن کجا هستیم؟

‘در حال حاضر چند (الگوریتم) وجود دارد ، اما بدیهی است که می خواهید تعداد بیشتری داشته باشید.

‘همه چیز با الگوریتم SHOR شروع شد (که می تواند عوامل اعداد اصلی را که سیستم های رمزگذاری امروز بر اساس آن مستقر هستند) پیدا کند. این الگوریتمی بود که می تواند آژانس های دولت را متقاعد کنند که به محاسبات کوانتومی نگاه کنند ، زیرا می تواند برخی از برجسته ترین روش های رمزگذاری را که در حال حاضر از آن استفاده می کنیم ، بشکند. این نقطه شروع حدود دو دهه پیش بود.

در ضمن ، مردم روی محاسبات بهینه سازی (الگوریتم های مربوط به) کار می کنند. اگر می خواهید یک نمونه کارها (مالی) را بهینه کنید یا مطمئن شوید که هیچ کس در یک ترافیک گیر نمی کند-از نظر ریاضی همه آنها بسیار شبیه هستند. "

آیا استفاده ما از رایانه های کوانتومی به الگوریتم هایی که ما قادر به توسعه هستیم بستگی خواهد داشت؟

'مطمئن. به تلفن هوشمند خود فکر کنید. تلفن هوشمند شما یک رایانه است و بسته به اینکه کدام برنامه را بارگیری می کنید ، می تواند چیزی باشد که در آن پیام ارسال می کنید یا موسیقی را می شنوید. یک کامپیوتر کوانتومی نیز کاملاً قابل برنامه ریزی است. هرچه الگوریتم های بیشتری داشته باشیم ، برنامه های بیشتری می توانیم با آن الگوریتم ها بسازیم ، و سپس می خواهید فروشگاه App Quantum خود را داشته باشید. "

دکتر توماس مونز می گوید ، از آنجا که یک کامپیوتر کوانتومی در بسیاری از ایالت ها می تواند محاسبه بسیاری از امکانات را به یکباره انجام دهد. اعتبار تصویر - انستیتوی ملی استاندارد و فناوری ، تصویر در حوزه عمومی است

آیا این عادلانه است که بگوییم در آینده رایانه های کوانتومی در خانه نداریم زیرا آنها چیزی بسیار تخصصی هستند؟

'تا اندازه ای. بگویید در حال حاضر یک کامپیوتر کوانتومی در دسترس است ، آیا می خواهید یکی بخرید؟اگر می گویید ، "من عمدتا ایمیل می نویسم ، فیلم ها را تماشا می کنم و تصاویر خود را ذخیره می کنم" ، شما به یک کامپیوتر کوانتومی احتیاج ندارید - نه برای لحظه.

‘(اما) در مورد رایانه کلاسیک خود فکر کنید. برای گرافیک ، کارت گرافیکی دارد. به احتمال زیاد یک فرآیند کوانتومی در طولانی مدت وجود خواهد داشت. این یک افزودنی به رایانه کلاسیک شما خواهد بود تا برخی از قابلیت های اضافی را برای محاسبات ویژه (یا مواردی مانند ارتباط ایمن) به شما ارائه دهد.

‘(یا) می تواند این باشد که رایانه های کوانتومی در دسترس هستند و می توانید از طریق یک رابط ابر ساده به آنها دسترسی داشته باشید."

شما یک پروژه به نام AQITION را اجرا می کنید که در تلاش برای ساختن یک کامپیوتر کوانتومی است. آیا می توانید کمی در مورد آن بگویید؟

‘IBM ، Intel و Google در حال ساخت بر روی نیمه هادی های حالت جامد هستند (که برای ساخت تراشه های رایانه ای استفاده می شود) در حالی که ما از اتم های منفرد استفاده می کنیم. در سیستم های حالت جامد ، شما با یک تکه مواد شروع می کنید و سعی می کنید آن را کنترل کنید تا کوانتومی شود. رویکرد ما برعکس است. ما با یک اتم شروع می کنیم ، که در حال حاضر کوانتومی است ، و نحوه کنترل آن را بررسی می کنیم. ما در حال حاضر خواص کوانتومی داریم ، بنابراین فقط - فقط در علائم نقل قول - باید روی قسمت کلاسیک (مهندسی) آن تمرکز کنیم.

‘جنبه دیگر این است که بیشتر این رایانه های (حالت جامد) در یک محیط آزمایشگاهی ساخته شده اند.(رایانه کوانتومی ما) به معنای فعالیت در یک محیط اداری است. اگر تهویه مطبوع شکسته شود ، هنوز هم باید کار کند. اگر می خواهید آن را به شریک زندگی ارسال کنید ، آن را جدا می کنید ، جعبه ها را درون جعبه های چوبی قرار می دهید ، آن را ارسال می کنید ، آن را جمع می کنید و باید کار کند. به جای این نمونه اولیه یک بار در طول زندگی که فقط در یک آزمایشگاه وجود دارد. "

بنابراین این سؤال هنوز در مورد بهترین راه برای ساخت رایانه کوانتومی باز است؟

'آره. من استدلال می کنم که احتمالاً پنج یا شش رویکرد وجود دارد. دو امیدوار کننده برای لحظه ، یون های به دام افتاده - این همان چیزی است که ما دنبال می کنیم - و سیستم های ابررسانا. "

ما همیشه در مورد شرکت های خصوصی که محاسبات کوانتومی را به جلو می روند می شنویم. پرچمداران کوانتومی اتحادیه اروپا چه تاثیری خواهد داشت؟

‘Intel ، IBM ، Google همه یک فناوری (برای ساخت رایانه های کوانتومی) را که نزدیک به قلب آنهاست ، دنبال می کنند. اگر چکش دارید ، همه چیز شبیه ناخن است. اگر در صنعت نیمه هادی هستید ، می خواهید به هر برنامه بالقوه جدید با فناوری نیمه هادی بپردازید. این همان کاری است که آنها انجام می دهند.

‘من فکر می کنم آنچه بودجه اتحادیه اروپا به ما اجازه می دهد انجام دهیم این است که با این نهادها رقابت کنیم زیرا بسیاری از شرکت ها در اروپا وجود ندارد (دنبال فن آوری های کوانتومی). بخش دوم این است که شاید شما بخواهید با استفاده از یک فناوری جدید (نه فقط نیمه هادی) ابزاری متفاوت داشته باشید. بنابراین اگر ممکن است یک فناوری در دراز مدت بن بست باشد ، ما در اروپا برنامه B و یک برنامه C داریم زیرا همه چیز را در یک سطل قرار نمی دهیم.

‘پرچمدار نه تنها به محاسبات ، بلکه به ساعت ، سنسورها ، ارتباطات نیز نگاه می کند. این یک دید طولانی مدت از محاسبات کوانتومی نیز دارد. "

در کجا اروپا در مسابقه جهانی فن آوری های کوانتومی ایستاده است؟

‘در مورد شرودینگر ، انیشتین فکر کنید - تمام فیزیک کوانتومی 100 سال پیش در اروپا توسعه یافته است. این چیزی است که ما در آن برتری داریم. ما در اصل 100 سال گذشته در تحقیقات اساسی سرمایه گذاری کرده ایم ، و اکنون که شانس تبدیل تحقیقات به فناوری و برنامه ها وجود دارد ، نباید آن قطار را از دست بدهیم. ما شانس بسیار خوبی برای انجام این کار داریم. "

تحقیقات در این مقاله توسط اتحادیه اروپا تأمین می شود. اگر این مقاله را دوست دارید ، لطفاً آن را در رسانه های اجتماعی به اشتراک بگذارید.