اختلافِ گوگل و آی‌بی‌ام بر سر «برتری کوانتومی»: معنای این اختلاف از زبان یک کارشناس

توبی کیوبِت | مجله گفتمان

گوگل با انتشار مطلبی در سایتِ نیچر مدعی شده که به «برتری کوانتومی» دست یافته است. این برتری پیشرفتی قابل‌توجه در توسعۀ نوع جدیدی از کامپیوتر محسوب می‌شود که به‌نام کامپیوتر کوانتومی شناخته می‌شود و می‌تواند محاسبات بسیار سختی را با سرعتی بسیار بالاتر از کامپیوترهای متعارفِ «کلاسیک» انجام دهد. اما تیمی از شرکت آی‌بی‌ام هم مقاله‌ای منتشر کرده است که مدعی‌ست می‌تواند با همین سوپرکامپیوترهای موجود، نتایج گوگل را بازتولید کند.

هرچند اختلافِ گوگل و آی‌بی‌ام می‌تواند مایۀ سرگرمی مردم باشد، این اختلاف بین دو غولِ فناوریِ دنیا می‌تواند ما را از پیشرفت علمیِ واقعی که در پَسِ تلاش‌های هردو تیم جریان دارد، منحرف کند. علی‌رغم آن‌چه که ممکن است به‌نظر آید، رسیدن به برتریِ کوانتومیِ واقعی به معنای این نیست که فناوریِ کوانتوم قرار است همه‌جاگیر شود. ازطرفی، رسیدن به این سطح از پیشرفت، عواقبی برای آیندۀ فناوری خواهد داشت.

کامپیوترهای کوانتومی، معرفِ روشی جدید از داده‌پردازی هستند. برخلاف کامپیوترهای کلاسیک که اطلاعات را درقالبِ «بیت‌ها» و به‌صورت ۰ یا ۱ ذخیره می‌کنند، کامپیوترهای کوانتومی از اصولِ فیزیکِ کوانتوم برای ذخیرۀ اطلاعات استفاده می‌کنند و اطلاعات را درقالبِ «کیوبیت» ذخیره می‌کنند که می‌توانند همزمان هم ۰ باشند و هم ۱ باشند. در تئوری، این ویژگی به ماشین‌های کوانتومی امکان می‌دهد که برخی محاسبات را بسیار سریع‌تر از کامپیوترهای کلاسیک اجرا کنند.

اصطلاحِ «برتری کوانتومی» سال ۲۰۱۲ توسط پروفسور جان پرسکیل ابداع شد؛ منظورِ او از این عبارتْ نقطه‌ای بود که در آن، کامپیوترهای کوانتومی چنان قدرتمند می‌شوند که برخی امور محاسباتی را ‌ــ‌ـ که کامپیوترهای کلاسیک نمی‌توانند در یک چارچوبِ زمانی معقول انجام دهند ‌ـــ‌ به‌راحتی و به‌سرعت انجام می‌دهند. او عمدا این‌طور فرض کرد که کارهای محاسباتی الزاما نباید کارهای مفیدی باشند. برتری کوانتومی درواقع یک پیشرفتِ میانی محسوب می‌شود، و قبل از آن‌که موفق به تولید کامپیوترهای بزرگ و همه‌منظوره شویم، باید از آن گذر کنیم.

مدارهای کوانتومیِ بزرگتر، می‌توانند محاسباتی را انجام دهند که نیازمندِ حجم عظیمی از حافظه‌های پردازشیِ کلاسیک است.

تیمِ گوگل در آزمایشی که برای رسیدن به برتری کوانتومی انجام داد، یکی از همین محاسباتِ بی‌فایده ولی مشکل را انجام داد، و خروجیِ مدارهای تصادفیِ کوانتومی را شبیه‌سازی کرد. آن‌ها همچنین با انجام محاسباتی که توسطِ قوی‌ترین سوپرکامپیوتر کلاسیک دنیا اجرا شد، تخمین زدند که ۱۰ هزار سال طول خواهد کشید تا این سوپرکامپیوتر بتواند به‌طور کامل محاسباتِ کوانتومی آن‌ها را شبیه‌سازی کند. ولی تیمِ آی‌بی‌ام روشی را برای شبیه‌سازیِ آزمایشِ گوگل پیشنهاد داد که با استفاده از کامپیوترِ سامیت (ساختِ آی‌بی‌ام) می‌توانست تقریبا طی فقط دو روز محاسباتِ مذکور را انجام دهد، و نه ۱۰ هزار سال.

شبیه‌سازیِ مداریِ تصادفی، کاربردِ عملیِ شناخته‌شده‌ای ندارد، اما به دلایل ریاضیاتی و تجربی، اجرای آن توسط کامپیوترهای کلاسیک بسیار مشکل است. دقیق‌تر بخواهیم بگوییم، به‌ازای هر کیوبیتِ اضافی که کامپیوترِ کوانتومی برای محاسبات خود استفاده می‌کند، کامپیوتر کلاسیک باید زمان محاسباتی خود را دوبرابر کند تا همان کار را انجام دهد.

مقاله‌ای که آی‌بی‌ام منتشر کرده است، این رشدِ نمایی را به چالش نمی‌کشد. کاری که تیمِ آی‌بی‌ام کرد این بود که راهی پیدا کرد تا با افزایش فضای حافظه، زمان محاسبه را کمتر کند. هدفِ آن‌ها از این کار این بود که نشان دهند فقط با بهره‌برداری از حافظۀ فراوانی که سوپرکامپیوترِ سامیت دراختیار دارد، می‌توان آزمایشِ گوگل را در سامیت به‌طور فشرده شبیه‌سازی کرد. (آن‌ها تخمین می‌زنند که آزمایشِ گوگل نیازمندِ ۱۰ میلیون هارد دیسکِ معمولی باشد.)

آزمایشِ گوگل که برمبنای ۵۳ کیوبیت بوده است، درست در محدودۀ توانایی شبیه‌سازیِ کلاسیک قرار دارد. الگوریتمِ جدیدِ آی‌بی‌ام هم می‌تواند این محاسبات را در محدودۀ تواناییِ بزرگترین سوپرکامپیوترِ دنیا انجام دهد. اما کافی‌ست که فقط چند کیوبیتِ دیگر به این محاسبات اضافه شود و خواهید دید که انجام آن خارج از تواناییِ سوپرکامپیوترهای کلاسیک خواهد بود. مقالۀ گوگل هم این موضوع را پیش‌بینی کرده است و گفته است: «ما انتظار داریم که درنهایتْ هزینه‌های شبیه‌سازی کمتر از چیزی که در این گزارش آمده است شود، اما درعین‌حال انتظار داریم که پیشرفتِ‌های سخت‌افزاری در پردازنده‌های کوانتومیِ بزرگتر، همچنان جلوتر از عنصر هزینه باشد.»

منظورِ گوگل این نیست که کامپیوترهای کوانتومی دارند دنیای کامپیوترها را یک‌شبه متحول می‌کنند. درعین‌حال، این‌ها نتایجی بی‌فایده نیستند که هیچ چیزِ جدیدی از آن‌ها درنیامده باشد. حقیقت، چیزی در میانِ این‌دو است؛ فناوری طی دو دهۀ گذشته، پیوسته درحال پیشرفت بوده است و این نتایجِ جدید، بی‌شک آن را جلوتر برده است.

خواه این آزمایش در حیطۀ دسترسیِ قوی‌ترین سوپرکامپیوترِ کلاسیکِ جهان باشد یا نباشد، موضوعِ اصلی چیز دیگری‌ست. خودِ عبارتِ «برتری» تاحدی گمراه‌کننده است چون این‌طور القا می‌کند که کامپیوترهای کوانتومی می‌توانند هر چیزی را بهتر از کامپیوترهای کلاسیک انجام دهند. در واقعیت اما معنای آن این است که این کامپیوترها، کارِ بخصوصی را بهتر از کامپیوترهای کلاسیک انجام می‌دهند و این کارِ بخصوص ممکن است فقط یک نمایشِ تصنعی باشد و به هیچ دردی نخورد. با نگاهی به گذشته می‌توان دریافت که انتخاب این واژه احتمالا گزینۀ خوبی نبوده است (هرچند خودِ پرسکیل اخیرا دفاعیه‌ای مستدل برای گزینشِ این واژه منتشر کرده است.)

آزمایشِ تحسین‌برانگیز

البته کارِ گوگل پیشرفتِ بزرگی‌ست. وقتی سخت‌افزارِ کوانتومی به خارج از مرزهای فناوریِ کلاسیک برسد، ما را به این فکر می‌اندازد که این دستگاه‌ها ‌ـــ‌ یا دستگاه‌هایی کمی بزرگتر از آن‌ها ‌ـــ‌ کاربردهایی عملی پیدا خواهند کرد که خارج از قدرتِ کامپیوترهای کلاسیک هستند. ازطرفی ما هنوز چنین کاربردهایی را سراغ نداریم ـــ‌ حتی برای دستگاه‌هایی که قدرت پردازش‌شان فقط چندصد کیوبیت است. این یک مسئلۀ علمیِ بسیار جالب و درعین‌حال چالش‌برانگیز است ‌ـــ‌ و همچنین یک حیطۀ تحقیقاتیِ فوقال‌العاده پرتکاپوست.

ازین‌رو، نتایجِ گوگل یک آزمایشِ علمیِ تحسین‌برانگیز محسوب می‌شود. منظورِ گوگل این نیست که کامپیوترهای کوانتومی دارند دنیای کامپیوترها را یک‌شبه متحول می‌کنند (و مقالۀ گوگل هم چنین ادعایی نکرده است). درعین‌حال، این‌ها نتایجی بی‌فایده نیستند که هیچ چیزِ جدیدی از آن‌ها درنیامده باشد (و مقالۀ آی‌بی‌ام هم چنین ادعایی نکرده است). حقیقت، چیزی در میانِ این‌دو است؛ فناوری طی دو دهۀ گذشته، پیوسته درحال پیشرفت بوده است و این نتایجِ جدید، بی‌شک آن را جلوتر برده است.

با توسعۀ فناوریِ کوانتوم، طراحیِ الگوریتم‌های کلاسیکِ جدید طوری پیشرفت می‌کند که سیستم‌های کوانتومیِ بزرگتری را درمقایسه با گذشته شبیه‌سازی می‌کند. مقالۀ آی‌بی‌ام نمونه‌ای از این واقعیت است که علمِ کاربردی هم محسوب می‌شود. چون به‌این‌ترتیب، ازطرفی محاسباتِ کوانتومیِ جدید در برابر تکنیک‌های کلاسیک به‌طور منصفانه‌ای محک خواهند خورد، و ازطرفی هم شبیه‌سازیِ سیستم‌های کوانتومیْ یک کاربرد محاسباتیِ علمی و مهم پیدا خواهد کرد.

درواقع علم و فناوری به همین شکل پیشرفت می‌کند؛ یعنی نه ازطریقِ یک پیشرفتِ انقلابی و داستان‌گونه، بلکه در پیِ زنجیره‌ای از پیشرفت‌های کوچک که جامعۀ علمی به‌دقت آن‌ها را موشکافی کرده، و آن‌ها را به نقد کشیده و هر کدامش را به‌دقت اصلاح کرده است. البته تعداد اندکی از این پیشرفت‌ها و بحث‌ها رسانه‌ای می‌شوند، و واقعیت معمولا کمتر داستان‌گونه است و بیشتر توجه‌برانگیز.

ــــــــــــــــــــــــ

منبع: The Conversation

Share on facebook
Share on twitter
Share on whatsapp
Share on telegram
Share on email
Share on print