ویلو، تراشه‌ کوانتومی گوگل؛ دریچه‌ای به جهان‌های موازی

نرخی که بین این دو حالت مرزی ایجاد می کند (یعنی حالتی که در آن تصحیح خطا از مضر به سودمند تغییر می کند) آستانه نامیده می شود. به بیان ساده، اگر میزان خطای کیوبیت ها زیر آستانه باشد، تکنیک های تصحیح خطا می توانند به طور موثر مشکلات را اصلاح کرده و عملکرد سیستم را بهبود بخشند. در همین رابطه نیون در وبلاگ گوگل نوشت:

یک دستاورد تاریخی در این زمینه به عنوان “زیر آستانه” شناخته می شود. یعنی قابلیت کاهش خطا حتی با افزایش تعداد کیوبیت ها. برای اثبات پیشرفت واقعی در تصحیح خطای کوانتومی، لازم است نشان دهید که به این مرحله رسیده اید. این هدف از معرفی مفهوم تصحیح خطای کوانتومی توسط پیتر شور در سال 1995 این یکی از بزرگترین چالش ها در این زمینه تلقی می شد.

دستاورد تاریخی این منطقه به «آستانه فرعی» معروف است. یعنی قابلیت کاهش خطا حتی با افزایش تعداد کیوبیت ها. برای اثبات پیشرفت واقعی در تصحیح خطای کوانتومی، لازم است نشان دهید که به این مرحله رسیده اید. این هدف از زمان معرفی مفهوم تصحیح خطای کوانتومی توسط پیتر شور در سال 1995 یکی از بزرگترین چالش ها در این زمینه بوده است.

– هارتموت نیون ، گوگل

دستاورد گوگل همچنین “فراتر از نقطه سربه سر” را نشان می دهد. در این مورد، آرایه های کیوبیت در کامپیوتر کوانتومی جدید آنها طول عمر بیشتری نسبت به کیوبیت های فیزیکی دارند.

Niven پیشرفت انجام شده را به عنوان “نشانه ای غیرقابل انکار از بهبود کلی سیستم از طریق رفع اشکال” توصیف کرد. این فناوری می تواند مسیر جدیدی را برای کاربردهای صنعتی و تجاری کامپیوترهای کوانتومی باز کند، زیرا کاهش میزان خطا به معنای افزایش دقت و قابلیت اطمینان این سیستم ها است. جزئیات این مطالعه و نتایج آن در مجله معتبر نیچر منتشر شده است.

محققان برجسته محاسبات کوانتومی در سراسر جهان، دستاورد گوگل را گامی بزرگ در توسعه محاسبات کوانتومی می دانند. باربارا ترهالیک متخصص در تصحیح خطای کوانتومی در دانشگاه صنعتی دلفت در هلند، این دستاورد را به عنوان “نمایش بسیار چشمگیر از زیر آستانه خطای قابل تحمل” توصیف کرد. همچنین میخائیل لوکیناین فیزیکدان دانشگاه هاروارد در مصاحبه ای گفت: این دستاورد نشان می دهد که این ایده کاملاً عملی است.

فلوریان نوکارترئیس سابق برنامه کوانتومی فولکس واگن که اکنون به Tera Quantum پیوسته است، اظهار داشت:

پیشرفت گوگل در تصحیح خطای کوانتومی گام مهمی به سوی محاسبات کوانتومی عملی است. این دستاورد یکی از بزرگترین چالش ها را برطرف می کند: حفظ ثبات و کاهش خطاها در طول محاسبات. تراشه Quantum Willow نشان‌دهنده پیشرفت در مهندسی سخت‌افزار با طراحی مقیاس‌پذیر متمرکز بر سیستم‌های مقاوم در برابر خطا است.

– فلوریان نوکارت، مهندس ارشد شرکت ترا کوانتوم

موسس تیم هوش مصنوعی کوانتومی گوگل، ضمن رونمایی از تراشه Willow، دستاوردهای برجسته این تراشه را نیز برجسته کرد. او عملکرد ویلو را به سرعت توصیف می کند که گویی محاسبات او از دنیای دیگری “قرض گرفته شده است”.

این دستاورد به این نظریه اعتبار می دهد که محاسبات کوانتومی در بسیاری از جهان های موازی انجام می شود و با ایده چندجهانی که در آن زندگی می کنیم سازگار است.

– هارتموت نیون، بنیانگذار تیم هوش مصنوعی کوانتومی گوگل

عدد شگفت‌انگیز 10 سپتی‌میلیون سال از تمام مقیاس‌های زمانی شناخته‌شده در فیزیک فراتر رفته و به‌طور قابل‌توجهی بیشتر از سن کنونی جهان است که 13.8 میلیارد سال تخمین زده می‌شود. به همین دلیل، برخی معتقدند که محاسبات کوانتومی در واقع در جهان های موازی اتفاق می افتد.

البته ایده اتصال جهان های موازی با محاسبات کوانتومی مفهوم جدیدی نیست و قبلا توسط دیوید دویچ (دیوید دویچ)، فیزیکدان بریتانیایی، پیشنهاد شد. با این حال، به عنوان یک مدیر برجسته فناوری، نیون اولین کسی بود که این نظریه را به دستاوردهای شرکتش مرتبط کرد و رسماً آن را به عنوان “خارج از این دنیا، یا بهتر است بگوییم خارج از این دنیا” توصیف کرد.

در تفسیر چندجهانی، هر رویداد کوانتومی، انشعاباتی در مسئله ایجاد می‌کند که به واقعیت‌های چندگانه تقسیم می‌شود. به عنوان مثال، اگر یک ذره بتواند در دو حالت وجود داشته باشد، محلول به دو شاخه تقسیم می شود.

در این تعبیر، هر انتخاب در شاخه های فضای حل مسئله در یک جهان موازی دنبال می شود. جالب اینجاست که تنها یک شاخه از تصمیمات در این دنیا در لحظه انتخاب دنبال می شود. بنابراین می توانیم برای هر شاخه (که شاخه انتخاب شده به عنوان اولین گزینه است) یک جهان موازی در نظر بگیریم. طبق این تفسیر، شاخه های انتخاب نشده نه تنها فرضیه هایی هستند که دنبال نمی شوند، بلکه راه حل هایی هستند که در جهان های موازی دنبال می شوند.

عملکرد الگوریتم‌های کوانتومی تنها زمانی کاملاً درک می‌شود که ارتباط بین جهان‌های موازی را بپذیریم. به گفته دویچ، کارایی شگفت انگیز الگوریتم های کوانتومی مانند الگوریتم نمک فاکتورگیری اعداد بسیار بزرگ در اعداد اول آنها تنها زمانی قابل درک است که کامپیوترهای کوانتومی را ابزارهایی در نظر بگیریم که در جهان های موازی کار می کنند.

ویلو با 105 کیوبیت بهترین عملکرد را در دو معیار کلیدی تصحیح خطای کوانتومی و نمونه‌برداری مدار تصادفی ارائه کرد. دستاورد گوگل نشان می دهد که امکان ساخت کامپیوترهای کوانتومی بسیار بزرگ و مفید وجود دارد و Willow گام مهمی در جهت استفاده از الگوریتم های کاربردی و تجاری در علوم کامپیوتر است.

با این حال، Niven توضیح داد که مشکل RCS، با وجود پیچیدگی آن، هنوز یک کاربرد تجاری مستقیم ندارد. وی تصریح کرد که دو آزمایش انجام شده اهداف متفاوتی داشته است. از یک سو، اجرای موفقیت‌آمیز معیار RCS ثابت کرد که سیستم Willo عملکرد بسیار سریع‌تری نسبت به رایانه‌های کلاسیک دارد. اما هنوز هیچ کاربرد شناخته شده ای در دنیای واقعی وجود ندارد. از سوی دیگر، شبیه سازی های علمی انجام شده بر روی سیستم های کوانتومی به اکتشافات علمی جالبی منجر شده است، اما این شبیه سازی ها همچنان در قدرت محاسباتی کامپیوترهای کلاسیک قابل انجام است.

هدف تیم به رهبری Niven ترکیب نتایج هر دو مسیر و توسعه الگوریتم هایی است که فراتر از توانایی های رایانه های کلاسیک است و برای حل مسائل دنیای واقعی و تجاری مفید است.

گوگل از محققان، مهندسان و توسعه دهندگان دعوت می کند تا با استفاده از منابع آموزشی و نرم افزار منبع باز شرکت به تحقیقات کوانتومی بپیوندند. به گفته Nion، منابع گوگل عبارتند از a دوره جدید در Coursera جایی است که توسعه دهندگان می توانند اصول تصحیح خطای کوانتومی را بیاموزند و در طراحی الگوریتم هایی که قادر به حل چالش های آینده هستند کمک کنند.

هدف بعدی گوگل دستیابی به اولین محاسباتی است که فراتر از قابلیت های رایانه های کلاسیک است و در عین حال برای کاربردهای دنیای واقعی و تجاری مناسب است. نیون پیش‌بینی می‌کند که فناوری کوانتومی نقشی حیاتی در جمع‌آوری داده‌ها برای آموزش هوش مصنوعی در آینده ایفا خواهد کرد. وی افزود: این پیشرفت‌های محاسباتی می‌تواند منجر به کشف داروهای جدید، طراحی باتری‌های پیشرفته‌تر برای خودروهای الکتریکی، تسریع تحقیقات همجوشی و توسعه جایگزین‌های انرژی جدید شود.

نظر شما در مورد تراشه Willow چیست؟ آیا تراشه کوانتومی گوگل می تواند راه را برای تجاری سازی این نوع تراشه ها هموار کند؟