از هوش مصنوعی تا تولید کریستال زمان؛ کاربردهای فراوان رایانه‌های کوانتومی
رایانه‌های کوانتومی در زمینه‌های مختلفی مثل هوش مصنوعی، فناوری و محاسبات پیشرفته کاربرد داردند و آخرین دستاورد خروجی از این رایانه‌ها تولید کریستال زمان است.
به گزارش پایگاه خبری تحلیلی قم فردا،
رایانه‌های کوانتومی می‌توانند با سرعت و کیفیت بهتر، بسیاری از مشکلات و مسائل را سریع‌تر از رایانه‌های معمولی حل کرده و سبب تحولی شگرف در تمدن نسل آینده شوند. غول‌های بزرگ فناوری جهان مانند آی‌بی‌ام، اینتل و گوگل، در حال تلاش برای تولید رایانه‌ی کوانتومی هستند و قصد دارند آن را به مرحله تولید انبوه و تجاری سازی برسانند.
کاربردهای رایانه های کوانتومی
علاوه بر اینکه این رایانه‌ها می‌توانند برخی مسائل را با سرعت بیشتری محاسبه و حل کنند، تحلیل اطلاعات و فناوری هوش مصنوعی، بالا بردن دقت شبیه‌سازی‌های رایانه‌ای و کمک به تولید دارو‌های جدید، پیش‌بینی تغییرات آب و هوا، از مهم‌ترین کارکرد‌های رایانه‌های کوانتومی است. البته دانشمندان امیدوارند تا از رایانه‌های کوانتومی برای درمان بیماری‌های مختلف، بهینه کردن باتری و موتور اتومبیل‌ها نیز استفاده کنند.
کشورهای مختلف جهان در حوزه رایانه‌های کوانتومی فعالیت دارند و شرکت‌های فناوری مستقر در آن‌ها تا به حال موفقیت‌های زیادی را در زمینه الگوریتم محاسبات کوانتومی به دست آورده اند، اما هنوز تکلیف خود رایانه‌ها و اینکه چه زمانی در آینده بشر به آن جایی می‌رسد که از این رایانه‌ها در زندگی بهره‌مند شود، معلوم نیست.
شرکت‌های مطرحی که در زمینه رایانه‌های کوانتومی فعالیت دارند
در این زمینه کشورهای استرالیا، چین و کانادا در رتبه‌های اول تا سوم جهان قرار دارند. رقابت چین و آمریکا به عنوان دو قدرت برتر دنیا در این حوزه نیز بسیار نزدیک و نفس گیر است و دانشمندان هر دو کشور سعی می‌کنند تا جدیدترین دستاورد‌های خود در موضوع رایانه‌های کوانتومی را به دنیا مخابره کنند.
کشورهایی چون آلمان، فرانسه، روسیه و ژاپن نیز در رتبه‌های بعدی قرار گرفته اند و تلاش می‌کنند تا با مطالعات بیشتر خود را به جایگاه‌های بالاتر برسانند. شاید بتوان گفت که شگفتی در این باره مربوط به کشور هند باشد که جز ۱۰ کشور پیشرو در حیطه رایانه‌های کوانتومی است و در سال‌های اخیر دستاورد‌های مهمی نیز به دست آورده است. شاید جالب باشد که کشور آمریکا در رده بندی برترین کشورهای حوزه کوانتوم در رتبه پانزدهم قرار گرفته است و اتحادیه اروپا و کشورهایی چون انگلیس، سنگاپور و کره جنوبی بالاتر از آن قرار دارند.
به نقل از quantamagazine، محققان شرکت گوگل با همکاری فیزیکدانان دانشگاه استنفورد، پرینستون و دیگر دانشگاه‌ها در یک رویداد آنلاین، گفتند که آن‌ها از رایانه کوانتومی گوگل برای نشان دادن کریستال زمان واقعی استفاده کرده اند. علاوه بر این، یک گروه تحقیقاتی جداگانه در اوایل این ماه ادعا کردند که یک کریستال زمان ایجاد کرده اند.
کریستال زمان چیست؟
کریستال زمان جسمی است که قطعات آن در یک چرخه منظم و تکراری حرکت می‌کنند و این تغییر ثابت را بدون سوزاندن انرژی حفظ می‌کنند، یک مرحله جدید از ماده که فیزیکدانان سال‌ها در تلاش برای درک آن بوده اند. اگر این کشف به سرانجام نهایی برسد میتوان گفت که یک بعد جدید از زمان و مکان ایجاد خواهد شد.
رودریش موسنر، مدیر موسسه ماکس پلانک در درسدن آلمان و یکی از نویسندگان مقاله گوگل، می‌گوید: نتیجه شگفت انگیز است. شما از قانون دوم ترمودینامیک فرار می‌کنید. این قانونی است که می‌گوید بی نظمی همیشه افزایش می‌یابد. خمانی، موسنر، شیواجی سوندی از پرینستون و آشیلاس لازاریدس از دانشگاه لاغبورو در انگلستان این مرحله را کشف کردند و ویژگی‌های کلیدی آن را در سال ۲۰۱۵ شرح دادند. گروهی از فیزیکدانان دیگر نیز به سرپرستی چتن نایاک از Microsoft Station Q و دانشگاه کالیفرنیا، یک کریستال زمان معرفی کردند.
طی پنج سال گذشته محققان برای ایجاد کریستال زمان تلاش کرده اند، اما نسخه‌های نمایشی قبلی از این حالت نتوانسته اند تمام معیار‌های مورد نیاز برای اثبات وجود کریستال زمان را برآورده کنند. جان چالکر، فیزیکدان ماده متراکم می‌گوید: دلایل خوبی وجود دارد که فکر کنیم هیچ یک از این آزمایش‌ها به طور کامل موفق نشدند و یک کامپیوتر کوانتومی مانند Google بسیار بهتر از آزمایش‌های قبلی عمل کرده است.
تیم محاسبات کوانتومی گوگل در سال ۲۰۱۹ با اولین محاسبه‌ای که تصور نمی‌شد رایانه‌های معمولی قادر به انجام آن در یک زمان عملی باشند، خبرساز شد. نسخه‌ی نمایشی کریستال زمان جدید اولین باری است که یک کامپیوتر کوانتومی در کشف آن نقش داشته است.
ریچارد فاینمن، فیزیکدان در مقاله خود در سال ۱۹۸۲ در مورد این دستگاه ها، استدلال کرد که میتوان از آن‌ها برای شبیه سازی ذرات هر سیستم کوانتومی قابل تصور استفاده کرد. کریستال زمان نمونه‌ای از آن نوع است. این یک شی کوانتومی است که طبیعت احتمالاً هرگز با توجه به ترکیب پیچیده آن از مواد ظریف ایجاد نمی‌کند.
فرانک ویلچک، فیزیکدان برنده جایزه نوبل، این ایده را در سال ۲۰۱۲، هنگام تدریس در مورد بلورهای معمولی (فضایی) ایده گرفت. او مدتی بعد گفت: اگر به کریستال‌های فضا فکر می‌کنید، بسیار طبیعی است که به طبقه بندی رفتار کریستالی در زمان نیز فکر کنید. یک الماس را در نظر بگیرید، یک فاز بلوری از توده‌ای از اتم‌های کربن. این توده در همه جای فضا با معادلات یکسانی اداره می‌شود، اما شکلی دارد که دارای تغییرات فضایی دوره‌ای است و اتم‌ها در نقاط مشبک قرار گرفته اند. فیزیکدانان می‌گویند که خود به خود تقارن فضا را می‌شکند.
رودریش موسنر در این زمینه گفت: کریستال زمان پیشنهادی ویلچک با ساعت دیواری، جسمی که حرکت دوره‌ای را نیز تحت تأثیر قرار می‌دهد تفاوت زیادی داشت. عقربه‌های ساعت انرژی را می‌سوزانند و با تمام شدن باتری متوقف می‌شوند. کریستال زمان ویلچک نیازی به ورودی ندارد و به طور نامحدود ادامه می‌یابد، زیرا سیستم در حالت تعادل فوق العاده پایدار است. بالاخره پس از هیجان و جنجال فراوان، یک مطالعه در سال ۲۰۱۴ نشان داد که نسخه ویلچک، مانند سایر دستگاه‌های حرکت دائمی که در طول تاریخ تصور شده است، شکست می‌خورد.
پروژه کریستال زمان
در سال ۲۰۱۹، گوگل اعلام کرد که رایانه کوانتومی Sycamore، یک نوع از محاسبات کوانتومی را در ۲۰۰ ثانیه انجام داده است که یک کامپیوتر معمولی ۱۰۰۰۰ سال طول می‌کشد آن را انجام دهد. هنگامی که خمانی و همکارانش با کاستیا کچدزی، نظریه پرداز گوگل تماس گرفتند، او و تیمش به سرعت توافق کردند که در پروژه کریستال زمان همکاری کنند.
Kechedzhi می‌گوید: کار من، نه تنها در مورد بلورهای زمان مجزا، بلکه در پروژه‌های دیگر، این است که از پردازنده خود به عنوان یک ابزار علمی برای مطالعه فیزیک یا شیمی جدید استفاده کنم که می‌تواند دو حالت ممکن را با کدهای ۰ و ۱ به طور همزمان حفظ کند. هنگامی که کیوبیت‌ها با هم تعامل دارند، می‌توانند مزایای محاسباتی را ممکن سازند.
کیوبیت‌های گوگل از نوار‌های آلومینیومی ابررسانا تشکیل شده است. هر کدام دارای دو حالت انرژی احتمالی هستند که می‌توانند طوری برنامه ریزی شوند که چرخش‌های به سمت بالا یا پایین را نشان می‌دهند. برای نسخه نمایشی، Kechedzhi و همکارانش از یک تراشه با ۲۰ کیوبیت استفاده کردند تا به عنوان کریستال زمان عمل کند.
شاید مزیت اصلی دستگاه نسبت به رقبا، توانایی آن در تنظیم نقاط قوت تعامل بین کیوبیت‌های آن باشد. قابلیت تنظیم این است که چرا سیستم می‌تواند به کریستال زمان تبدیل شود. در ۵ ژوئیه، یک تیم مستقر در دانشگاه صنعتی دلفت در هلند گزارش داد که آن‌ها بلور زمان Floquet را نه در پردازنده کوانتومی، بلکه از چرخش هسته‌ای اتم‌های کربن در یک الماس ساخته اند. سیستم دلفت کوچکتر و محدودتر از کریستال زمان درک شده در پردازنده کوانتومی گوگل است.
نایاک استدلال می‌کند که بلورهای زمان چیزی عمیق در مورد ماهیت زمان را روشن می‌کنند. او گفت که به طور معمول در فیزیک، هر چقدر هم که بخواهید زمان را به عنوان یک بعد دیگر تلقی کنید، همیشه آن یک نوع برجسته است. انیشتین بهترین تلاش را برای وحدت بخشیدن کرد و فضای سه بعدی را با زمان در یک بافت چهاربعدی ایجاد کرد؛ فضا-زمان. اما حتی در نظریه او، زمان یک طرف منحصر به فرد است.
با این حال، چالکر استدلال می‌کند که بلور زمان ویلچک می‌تواند وحدت واقعی زمان و مکان باشد. بلورهای فضایی در تعادل هستند و به همین ترتیب تقارن فضایی پیوسته را می‌شکنند. این کشف می‌تواند، زاویه جدیدی در تمایز بین زمان و مکان ایجاد می‌کند. در سال های اخیر تمرکز دانشمندان بر روی مطالعه آنچه طبیعت به ما می‌دهد، معطوف شده است.
انتهای پیام/
رایانه‌های کوانتومی می‌توانند با سرعت و کیفیت بهتر، بسیاری از مشکلات و مسائل را سریع‌تر از رایانه‌های معمولی حل کرده و سبب تحولی شگرف در تمدن نسل آینده شوند. غول‌های بزرگ فناوری جهان مانند آی‌بی‌ام، اینتل و گوگل، در حال تلاش برای تولید رایانه‌ی کوانتومی هستند و قصد دارند آن را به مرحله تولید انبوه و تجاری سازی برسانند.
کاربردهای رایانه های کوانتومی
علاوه بر اینکه این رایانه‌ها می‌توانند برخی مسائل را با سرعت بیشتری محاسبه و حل کنند، تحلیل اطلاعات و فناوری هوش مصنوعی، بالا بردن دقت شبیه‌سازی‌های رایانه‌ای و کمک به تولید دارو‌های جدید، پیش‌بینی تغییرات آب و هوا، از مهم‌ترین کارکرد‌های رایانه‌های کوانتومی است. البته دانشمندان امیدوارند تا از رایانه‌های کوانتومی برای درمان بیماری‌های مختلف، بهینه کردن باتری و موتور اتومبیل‌ها نیز استفاده کنند.
کشورهای مختلف جهان در حوزه رایانه‌های کوانتومی فعالیت دارند و شرکت‌های فناوری مستقر در آن‌ها تا به حال موفقیت‌های زیادی را در زمینه الگوریتم محاسبات کوانتومی به دست آورده اند، اما هنوز تکلیف خود رایانه‌ها و اینکه چه زمانی در آینده بشر به آن جایی می‌رسد که از این رایانه‌ها در زندگی بهره‌مند شود، معلوم نیست.
شرکت‌های مطرحی که در زمینه رایانه‌های کوانتومی فعالیت دارند
- شرکت IBM
مایکروسافت
شرکت D Wave Systems
شرکت اینتل
شرکت گوگل
در این زمینه کشورهای استرالیا، چین و کانادا در رتبه‌های اول تا سوم جهان قرار دارند. رقابت چین و آمریکا به عنوان دو قدرت برتر دنیا در این حوزه نیز بسیار نزدیک و نفس گیر است و دانشمندان هر دو کشور سعی می‌کنند تا جدیدترین دستاورد‌های خود در موضوع رایانه‌های کوانتومی را به دنیا مخابره کنند.
کشورهایی چون آلمان، فرانسه، روسیه و ژاپن نیز در رتبه‌های بعدی قرار گرفته اند و تلاش می‌کنند تا با مطالعات بیشتر خود را به جایگاه‌های بالاتر برسانند. شاید بتوان گفت که شگفتی در این باره مربوط به کشور هند باشد که جز ۱۰ کشور پیشرو در حیطه رایانه‌های کوانتومی است و در سال‌های اخیر دستاورد‌های مهمی نیز به دست آورده است. شاید جالب باشد که کشور آمریکا در رده بندی برترین کشورهای حوزه کوانتوم در رتبه پانزدهم قرار گرفته است و اتحادیه اروپا و کشورهایی چون انگلیس، سنگاپور و کره جنوبی بالاتر از آن قرار دارند.
به نقل از quantamagazine، محققان شرکت گوگل با همکاری فیزیکدانان دانشگاه استنفورد، پرینستون و دیگر دانشگاه‌ها در یک رویداد آنلاین، گفتند که آن‌ها از رایانه کوانتومی گوگل برای نشان دادن کریستال زمان واقعی استفاده کرده اند. علاوه بر این، یک گروه تحقیقاتی جداگانه در اوایل این ماه ادعا کردند که یک کریستال زمان ایجاد کرده اند.
کریستال زمان چیست؟
کریستال زمان جسمی است که قطعات آن در یک چرخه منظم و تکراری حرکت می‌کنند و این تغییر ثابت را بدون سوزاندن انرژی حفظ می‌کنند، یک مرحله جدید از ماده که فیزیکدانان سال‌ها در تلاش برای درک آن بوده اند. اگر این کشف به سرانجام نهایی برسد میتوان گفت که یک بعد جدید از زمان و مکان ایجاد خواهد شد.
رودریش موسنر، مدیر موسسه ماکس پلانک در درسدن آلمان و یکی از نویسندگان مقاله گوگل، می‌گوید: نتیجه شگفت انگیز است. شما از قانون دوم ترمودینامیک فرار می‌کنید. این قانونی است که می‌گوید بی نظمی همیشه افزایش می‌یابد. خمانی، موسنر، شیواجی سوندی از پرینستون و آشیلاس لازاریدس از دانشگاه لاغبورو در انگلستان این مرحله را کشف کردند و ویژگی‌های کلیدی آن را در سال ۲۰۱۵ شرح دادند. گروهی از فیزیکدانان دیگر نیز به سرپرستی چتن نایاک از Microsoft Station Q و دانشگاه کالیفرنیا، یک کریستال زمان معرفی کردند.
طی پنج سال گذشته محققان برای ایجاد کریستال زمان تلاش کرده اند، اما نسخه‌های نمایشی قبلی از این حالت نتوانسته اند تمام معیار‌های مورد نیاز برای اثبات وجود کریستال زمان را برآورده کنند. جان چالکر، فیزیکدان ماده متراکم می‌گوید: دلایل خوبی وجود دارد که فکر کنیم هیچ یک از این آزمایش‌ها به طور کامل موفق نشدند و یک کامپیوتر کوانتومی مانند Google بسیار بهتر از آزمایش‌های قبلی عمل کرده است.
تیم محاسبات کوانتومی گوگل در سال ۲۰۱۹ با اولین محاسبه‌ای که تصور نمی‌شد رایانه‌های معمولی قادر به انجام آن در یک زمان عملی باشند، خبرساز شد. نسخه‌ی نمایشی کریستال زمان جدید اولین باری است که یک کامپیوتر کوانتومی در کشف آن نقش داشته است.
ریچارد فاینمن، فیزیکدان در مقاله خود در سال ۱۹۸۲ در مورد این دستگاه ها، استدلال کرد که میتوان از آن‌ها برای شبیه سازی ذرات هر سیستم کوانتومی قابل تصور استفاده کرد. کریستال زمان نمونه‌ای از آن نوع است. این یک شی کوانتومی است که طبیعت احتمالاً هرگز با توجه به ترکیب پیچیده آن از مواد ظریف ایجاد نمی‌کند.
فرانک ویلچک، فیزیکدان برنده جایزه نوبل، این ایده را در سال ۲۰۱۲، هنگام تدریس در مورد بلورهای معمولی (فضایی) ایده گرفت. او مدتی بعد گفت: اگر به کریستال‌های فضا فکر می‌کنید، بسیار طبیعی است که به طبقه بندی رفتار کریستالی در زمان نیز فکر کنید. یک الماس را در نظر بگیرید، یک فاز بلوری از توده‌ای از اتم‌های کربن. این توده در همه جای فضا با معادلات یکسانی اداره می‌شود، اما شکلی دارد که دارای تغییرات فضایی دوره‌ای است و اتم‌ها در نقاط مشبک قرار گرفته اند. فیزیکدانان می‌گویند که خود به خود تقارن فضا را می‌شکند.
رودریش موسنر در این زمینه گفت: کریستال زمان پیشنهادی ویلچک با ساعت دیواری، جسمی که حرکت دوره‌ای را نیز تحت تأثیر قرار می‌دهد تفاوت زیادی داشت. عقربه‌های ساعت انرژی را می‌سوزانند و با تمام شدن باتری متوقف می‌شوند. کریستال زمان ویلچک نیازی به ورودی ندارد و به طور نامحدود ادامه می‌یابد، زیرا سیستم در حالت تعادل فوق العاده پایدار است. بالاخره پس از هیجان و جنجال فراوان، یک مطالعه در سال ۲۰۱۴ نشان داد که نسخه ویلچک، مانند سایر دستگاه‌های حرکت دائمی که در طول تاریخ تصور شده است، شکست می‌خورد.
پروژه کریستال زمان
در سال ۲۰۱۹، گوگل اعلام کرد که رایانه کوانتومی Sycamore، یک نوع از محاسبات کوانتومی را در ۲۰۰ ثانیه انجام داده است که یک کامپیوتر معمولی ۱۰۰۰۰ سال طول می‌کشد آن را انجام دهد. هنگامی که خمانی و همکارانش با کاستیا کچدزی، نظریه پرداز گوگل تماس گرفتند، او و تیمش به سرعت توافق کردند که در پروژه کریستال زمان همکاری کنند.
Kechedzhi می‌گوید: کار من، نه تنها در مورد بلورهای زمان مجزا، بلکه در پروژه‌های دیگر، این است که از پردازنده خود به عنوان یک ابزار علمی برای مطالعه فیزیک یا شیمی جدید استفاده کنم که می‌تواند دو حالت ممکن را با کدهای ۰ و ۱ به طور همزمان حفظ کند. هنگامی که کیوبیت‌ها با هم تعامل دارند، می‌توانند مزایای محاسباتی را ممکن سازند.
کیوبیت‌های گوگل از نوار‌های آلومینیومی ابررسانا تشکیل شده است. هر کدام دارای دو حالت انرژی احتمالی هستند که می‌توانند طوری برنامه ریزی شوند که چرخش‌های به سمت بالا یا پایین را نشان می‌دهند. برای نسخه نمایشی، Kechedzhi و همکارانش از یک تراشه با ۲۰ کیوبیت استفاده کردند تا به عنوان کریستال زمان عمل کند.
شاید مزیت اصلی دستگاه نسبت به رقبا، توانایی آن در تنظیم نقاط قوت تعامل بین کیوبیت‌های آن باشد. قابلیت تنظیم این است که چرا سیستم می‌تواند به کریستال زمان تبدیل شود. در ۵ ژوئیه، یک تیم مستقر در دانشگاه صنعتی دلفت در هلند گزارش داد که آن‌ها بلور زمان Floquet را نه در پردازنده کوانتومی، بلکه از چرخش هسته‌ای اتم‌های کربن در یک الماس ساخته اند. سیستم دلفت کوچکتر و محدودتر از کریستال زمان درک شده در پردازنده کوانتومی گوگل است.
نایاک استدلال می‌کند که بلورهای زمان چیزی عمیق در مورد ماهیت زمان را روشن می‌کنند. او گفت که به طور معمول در فیزیک، هر چقدر هم که بخواهید زمان را به عنوان یک بعد دیگر تلقی کنید، همیشه آن یک نوع برجسته است. انیشتین بهترین تلاش را برای وحدت بخشیدن کرد و فضای سه بعدی را با زمان در یک بافت چهاربعدی ایجاد کرد؛ فضا-زمان. اما حتی در نظریه او، زمان یک طرف منحصر به فرد است.
با این حال، چالکر استدلال می‌کند که بلور زمان ویلچک می‌تواند وحدت واقعی زمان و مکان باشد. بلورهای فضایی در تعادل هستند و به همین ترتیب تقارن فضایی پیوسته را می‌شکنند. این کشف می‌تواند، زاویه جدیدی در تمایز بین زمان و مکان ایجاد می‌کند. در سال های اخیر تمرکز دانشمندان بر روی مطالعه آنچه طبیعت به ما می‌دهد، معطوف شده است.
انتهای پیام/
نظرات شما