برتری کوانتومی: راه حل محاسباتی که می تواند مسائل را با سرعت کوانتومی حل کند

• نویسنده:
• نام نویسنده

  آینده نگاری کوانتوم ران
• مارس 20، 2022

خلاصه بینش

محاسبات کوانتومی، با استفاده از کیوبیت‌هایی که می‌توانند هم‌زمان به عنوان 0 و 1 وجود داشته باشند، درهایی را برای حل مسائل محاسباتی با سرعتی بسیار فراتر از رایانه‌های کلاسیک باز می‌کند. این فناوری با فعال کردن پیش‌بینی‌های پیچیده، شکستن کدهای رمزنگاری و حتی تکرار تعاملات بیولوژیکی، پتانسیل تغییر صنایع را دارد. تعقیب برتری کوانتومی منجر به پیشرفت‌های قابل‌توجهی از جمله پیشرفت‌های قابل توجه در نمونه‌گیری بوزون شده است، اما همچنین چالش‌هایی مانند مسائل سازگاری، نگرانی‌های امنیتی و ملاحظات ژئوپلیتیکی را ایجاد می‌کند.

زمینه برتری کوانتومی

زبان ماشین یک کامپیوتر کوانتومی از کیوبیت هایی استفاده می کند که به طور همزمان به عنوان 0 و 1 وجود دارند تا تمام مسیرهای ممکن را کشف کنند و به طور بالقوه برای انواع خاصی از مسائل محاسباتی بزرگتر از کامپیوترهای کلاسیک حل می شوند. مفهومی که در پس رویکرد دوم وجود دارد به عنوان محاسبات کوانتومی شناخته می شود. برتری کوانتومی، که به عنوان مزیت کوانتومی شناخته می‌شود، هدف حوزه محاسبات کوانتومی است که هدف آن ساخت یک کامپیوتر کوانتومی قابل برنامه‌ریزی است که می‌تواند مسائلی را حل کند که یک کامپیوتر کلاسیک قادر به حل آنها نیست. در جایی که رایانه های کلاسیک از بیت ها استفاده می کنند، رایانه های کوانتومی از کیوبیت ها به عنوان واحد اصلی اطلاعات استفاده می کنند.

با اصل برهم نهی، دو کیوبیت می توانند همزمان در دو موقعیت مختلف وجود داشته باشند. الگوریتم‌های کوانتومی از مفهومی به نام درهم‌تنیدگی کوانتومی برای همبستگی کامل کیوبیت‌ها بهره‌برداری می‌کنند و یک کامپیوتر کوانتومی را قادر می‌سازد تا برتری خود را نشان دهد. این رایانه‌ها می‌توانند کدهای رمزنگاری را بشکنند، فعل و انفعالات بیولوژیکی و شیمیایی را تکرار کنند، و همچنین عملکردهای پیش‌بینی و بودجه‌بندی بسیار پیچیده را در طیف وسیعی از کاربردهای صنعتی انجام دهند. 

برتری کوانتومی با یکی از آخرین پیشرفت‌ها از زانادو، پیشرفت چشمگیری داشته است. در ژوئن 2022، شرکت کانادایی فناوری کوانتومی Xanadu با استفاده از حلقه‌های فیبر نوری و مالتی پلکسی برای تشخیص میانگین 125 تا 219 فوتون از 216 حالت فشرده، پیشرفت قابل‌توجهی در نمونه‌برداری بوزون گزارش کرد و ادعا کرد که سرعت آن 50 میلیون برابر بیشتر از آزمایش‌های قبلی است. از جمله گوگل این دستاورد بر ماهیت پویا و به سرعت در حال تکامل محاسبات کوانتومی تأکید می‌کند و سازمان‌های مختلف مرزهای فناوری را پیش می‌برند.

تاثیر مخرب

تعقیب برتری کوانتومی توسط غول‌های فناوری و ملت‌ها بیش از یک مسابقه برای لاف زدن است. این مسیری به سوی امکانات محاسباتی جدید است. کامپیوترهای کوانتومی، با توانایی خود در انجام محاسبات پیچیده با سرعت غیرقابل تصور با کامپیوترهای کلاسیک، ممکن است به پیشرفت های قابل توجهی در زمینه های مختلف منجر شوند. از افزایش پیش بینی آب و هوا تا تسریع در کشف دارو، کاربردهای بالقوه بسیار گسترده است. 

با این حال، توسعه محاسبات کوانتومی نیز چالش ها و نگرانی هایی را به همراه دارد. رویکردهای مختلف محاسبات کوانتومی، مانند استفاده گوگل از تراشه های ابررسانا و نمونه اولیه فوتونیک چین، نشان می دهد که هنوز هیچ روش استانداردی وجود ندارد. این عدم یکنواختی ممکن است منجر به مشکلات سازگاری شود و مانع همکاری بین نهادهای مختلف شود. علاوه بر این، پتانسیل رایانه‌های کوانتومی برای شکستن روش‌های رمزگذاری فعلی، نگرانی‌های امنیتی جدی را ایجاد می‌کند که دولت‌ها و کسب‌وکارها باید به آن رسیدگی کنند.

جنبه ژئوپلیتیکی برتری کوانتومی را نیز نمی توان نادیده گرفت. رقابت بین ابرقدرت هایی مانند ایالات متحده و چین در این زمینه نشان دهنده مبارزه گسترده تر برای تسلط تکنولوژیک است. این رقابت ممکن است منجر به سرمایه گذاری و تحقیقات بیشتر شود و باعث رشد در صنایع مرتبط و آموزش شود. با این حال، خطر ایجاد شکاف های تکنولوژیکی بین کشورها را نیز به همراه دارد که احتمالاً منجر به تنش ها و عدم تعادل در نفوذ جهانی می شود. همکاری و ملاحظات اخلاقی در توسعه و استقرار فناوری کوانتومی برای اطمینان از اینکه مزایای آن به طور گسترده و مسئولانه به اشتراک گذاشته می شود، کلید خواهد بود.

مفاهیم برتری کوانتومی 

پیامدهای گسترده تر برتری کوانتومی ممکن است شامل موارد زیر باشد:

• مدل های کسب و کار آینده با استفاده از رایانه های کوانتومی برای ارائه راه حل های تجاری. 
• تحولی در امنیت سایبری که رمزگذاری موجود را منسوخ می‌کند و راه‌حل‌های پیچیده‌تر رمزگذاری کوانتومی را مجبور می‌کند. 
• بهینه سازی فرآیندهای کشف و ساخت دارو در شرکت های دارویی و شیمیایی. 
• بهبود فرآیندهای بهینه سازی سبد مورد استفاده توسط شرکت های خدمات مالی. 
• ایجاد کارایی در تمام مشاغلی که به تدارکات بستگی دارد، به عنوان مثال، خرده فروشی، تحویل، حمل و نقل و موارد دیگر. 
• فناوری کوانتومی تبدیل به کانون سرمایه گذاری بعدی پس از هوش مصنوعی می شود که منجر به استارتاپ های بیشتری در این زمینه می شود.

سوالاتی که باید در نظر گرفته شود

• کامپیوترهای کوانتومی چهار دهه است که وعده داده شده است، فکر می کنید چقدر طول می کشد تا آنها تجاری شوند؟
• چه صنایع دیگری ممکن است تأثیرات قابل توجهی از اعمال برتری کوانتومی ببینند؟