دعوای گوگل و علی‌بابا سر برتری کوانتومی و زمان دستیابی به آن

در ماه مارچ، گوگل از تراشه‌ای به نام بریستلکون (Bristlecone) رونمایی کرد که قرار است قله‌های جدیدی را در حوزه‌ی علوم کامپیوتری فتح کند. گوگل معتقد است بریستلکون می‌تواند اولین سیستم رایانش کوانتومی باشد که قادر است محاسباتی فراتر از قدرت هرگونه کامپیوتر معمولی انجام دهد و بدین ترتیب به برتری کوانتومی (Quantum Supremacy) دست پیدا کند. جان مارتینیس[1]، رهبر پروژه، خاطرنشان کرد که تراشه می‌تواند تا آخر امسال به برتری دست پیدا کند. پیش‌تر از این دیگر اعضای پروژه پیش‌بینی کرده بودند این اتفاق تا آخر سال 2017 خواهد افتاد.

اما نتایج جدید حاصل‌شده از فعالیت‌های پژوهشگران کوانتومی در شرکت علی‌بابا حاکی از این است که گوگل نمی‌تواند نقشه‌ی خود را برای به برتری رساندن بریستلکون عملی کند. استدلال پژوهشگران علی‌بابا این است که گوگل به تراشه‌هایی با درصد خطای پایین‌تر نیاز دارد. سرجیو بویِهو[2]، پژوهشگر گوگل، در ایمیلی به وایِرد (WIRED) اعلام کرد که او از چنین پژوهش‌هایی استقبال می‌کند، اما تعدادی از نتایج به‌دست‌آمده از آن‌ها «سؤال‌برانگیز» هستند. در نظر بقیه نتایج حاصل‌شده بسیار قابل‌توجه هستند. ایتِی هِن، استاد دانشگاه کالیفرنیای جنوبی، می‌گوید: «پیش‌فرض‌هایی که داشتیم، زیر و رو شده‌اند.»

دستیابی به برتری کوانتومی کشف علمی مهمی به حساب می‌آید، اما اگر کامپیوتری به این برتری برسد، لزوماً بدین معنا نیست که آماده‌ی انجام کارهای مفید است. با این وجود، اگر گوگل موفق شود کامپیوترهای کوانتومی کارآمد بسازد، جایگاه خود را در این حوزه‌ی شدیداً رقابتی تا حد زیادی بالا خواهد برد. شرکت سرچ، و رقیبانی چون IBM، اینتل و مایکروسافت قصد دارند کامپیوترهای کوانتومی را به شرکت‌هایی چون دایملِر (Daimler) و جی.پی. مورگان (JP Morgan) بفروشند یا کرایه دهند. شرکت‌هایی چون دایملر و جی.پی. مورگان از همین حالا قصد دارند کشف کنند این کامپیوترها چطور می‌توانند باتری‌ها و طرح‌های اقتصادی را بهبود ببخشند.

کامپیوترهایی که از آن‌ها برای تولید کردن کلمات پیش رویتان استفاده می‌شود، با استفاده از جریان الکتریسیته داده‌ها را در قالب بیت‌های صفر و یک نمایش دهند. کامپیوترهای کوانتومی داده‌ها را در قالب اثرات مکانیکی کوانتومی اینکود می‌کنند تا کیوبیت (qubit) بسازند؛ از همان اثرات مکانیکی‌ای صحبت می‌کنیم که اوایل قرن بیستم آلبرت اینشتین و فیزیک‌دان‌های دیگر را حسابی گیج کرده بودند. این وسیله‌ی منحصربفرد در شرایط دمایی صفر مطلق کار می‌کند. وقتی کیوبیت‌ها به هم بپیوندند، می‌توانند از طریق حقه‌هایی چون دستیابی به «ابرموقعیت» (superposition)، حالتی که هم صفر و هم یک را در برمی‌گیرد، محاسبات دشوار و پیچیده را با سرعت زیاد حل کنند. ثابت شده که کیوبیت‌ها می‌توانند شبیه‌سازی‌های شیمیایی را ساده‌سازی کنند. گوگل و باقی صاحب‌نظران نیز فکر می‌کنند کیوبیت‌ها به ارتقای یادگیری ماشینی (machine learning) کمک خواهند کرد.

تراشه‌ی بریستلکونِ گوگل 72 کیوبیت دارد که از مدارهای مافوق هادی تشکیل شده‌اند. میان نمونه‌های مشابه، این دستگاه بزرگ‌ترین دستگاه ساخته‌شده تا به امروز است و مقامی بالاتر از دستگاه 50 کیوبیتی IBM و دستگاه 49 کیوبیتی اینتل دارد. طبق محاسبات پژوهشگران گوگل، قدرت این دستگاه برای اجرای مسائل گلچین‌شده‌ی بغرنجی که حلشان از توان کامپیوترهای معمولی خارج است، کفایت می‌کند و بدین ترتیب به برتری کوانتومی دست پیدا کرده است.

این نتایج نشان می‌دهند به این زودی‌ها شاهد برتری کوانتومی نخواهیم بود.

– گراهام اسمیت، دانشگاه کولورادو

پژوهشگران علی‌بابا، بزرگ‌ترین شرکت خرده‌فروش آنلاین در چین، این نتایج را به چالش کشیدند. به چه طریق؟ آن‌ها با استفاده از مجموعه سرورهایی قدرتمند و با کمک گرفتن از طرح‌هایی که این شرکت آمریکایی منتشر کرده بود، مشخصات تراشه‌ی جدید گوگل را شبیه‌سازی کردند. نتایج حاصل‌شده یادآور این هستند که ساختار فعلی کامپیوترها تا رسیدن به آخرین حد قدرتشان فاصله‌ی زیادی دارند. همچنین این نتایج به ما نشان می‌دهند نمایشی که گوگل برای به رخ کشیدن قدرت تراشه‌ی کوانتومی‌اش ترتیب داده بود، از حد قدرت کامپیوترهای معمولی فراتر نمی‌رفت. از یائویون شی[3]، مدیر آزمایشگاه‌های کوانتومی علی‌بابا نقل است: «امید زیادی می‌رفت که این پردازنده‌ی آتی به برتری کوانتومی دست پیدا کند. نتایجی که ما به دست آوردیم، نشان می‌دهند که این تصور بیش از حد خوش‌بینانه است.» او می‌گوید این شرکت با تدبیر کردن راه‌های موثرتر برای تقسیم‌بندی کارِ شبیه‌سازیِ عملیاتِ رایانش کوانتومی بین کامپیوترهای متعددی که در کنار یکدیگر کار می‌کردند، به این نتیجه دست پیدا کرده است.

نتایج حاصل‌شده در علی‌بابا، گرایم اسمیت[4]، استاد دانشگاه کولورادو را چنان تحت‌تاثیر قرار داد که او لینک خبر را به همراه نظر مختصر و مفید «wow» در توییتر خود ارسال کرد. اسمیت به وایرد اعلام کرد: «از قرار معلوم بریستلکونِ گوگل قدرتمندترین تراشه‌ی کوانتومی‌‌ای است که تا به حال ساخته شده است.» اما نتایجی که علی‌بابا به دست آورده، نشان می‌دهد که درصد خطا همچنان بیش از حد بالاست. اسمیت در ادامه می‌گوید: «این نتایج نشان می‌دهند به این زودی‌ها شاهد برتری کوانتومی نخواهیم بود.»

بویهو، سخنگوی گوگل، در جواب می‌گوید که شبیه‌سازی‌های علی‌بابا فاقد جزئیات کافی بودند و نمی‌توان نتایجشان را قطعی در نظر گرفت. کار کردن روی شبیه‌سازی‌های بهتر – مثل مورد مطالعه‌ی علی‌بابا – یکی از دلایلی است که گوگل می‌کوشد راه‌های موثرتری برای آزمایش کردن برتری کوانتومی پیدا کند، دستاوردی که طبق گفته‌ی بویهو به آپگریدهای سخت‌افزاری آن‌چنانی نیاز نخواهد داشت. هن، استاد دانشگاه کالیفرنیای جنوبی، معتقد است این نتایج پژوهشگرهای دیگر را ترغیب می‌کند تا از کامپیوترهای معمولی قدرت بیشتری استخراج کنند. او می‌گوید: «من مطمئنم در آینده پیش‌فرض‌هایمان هرچه بیشتر زیر و رو خواهند شد.»

پیشرفت علی‌بابا در عرصه‌ی رایانش کوانتومی سریع بوده است و چشمه‌ای از بلندپروازی‌های چین را در عرصه‌ی فناوری نشان می‌دهد. گوگل از سال 2006 مشغول کار روی حوزه‌ی رایانش کوانتومی بوده است و در ابتدا از سخت‌افزارهای D-Wave کانادا استفاده می‌کرده است. این شرکت خرده‌فروش چینی در سال 2015 وارد این حوزه شد و با کمک آکادمی علوم، یکی از نهادهای تحت حمایت دولت، پژوهشگاه جدیدی افتتاح کرد. در ماه فوریه این شرکت تراشه‌ی 11 کیوبیتی آزمایشی‌ای را ساخت که از اینترنت قابل دسترسی است. دولت چین 10 میلیارد بودجه به تاسیس یک آزمایشگاه کوانتومی ملی اختصاص داده است.

این پروژه‌ها بخشی از رقابت بین‌المللی‌ای هستند که در حال گسترده‌تر شدن است: اتحادیه‌ی اروپا بودجه‌ی 1.1 میلیاردی به پژوهش‌های کوانتومی اختصاص داده است. دولت ترامپ در بخش‌نامه‌های مربوط به اختصاص بودجه روی اهمیت رایانش کوانتومی تاکید کرده است. با وجود این‌که نهاد سیاست‌گزاری علم و فناوری کاخ سفید در دوره‌ی ریاست جمهوری ترامپ به طور قابل‌توجهی کوچک‌تر شده است، در ماه دسامبر جیک تیلور[5]، پژوهشگری از دانشگاه مری‌لند، به عنوان نخستین متخصص امور رایانش کوانتومی به استخدام این نهاد درآمد.

گوگل پژوهشگاه کوانتومی اختصاصی‌اش را در سال 2014 تأسیس کرد و مارتینیس را از دانشگاه کالیفرنیا، شعبه‌ی سانتا باربارا استخدام کرد تا هدایت تیم تحیقاتی را بر عهده بگیرد. صحبت‌های اخیر شرکت پیرامون دستیابی به برتری کوانتومی واکنش منفی برخی از فعالان این حوزه را برانگیخت. به اعتقاد این افراد اگر در مهم نشان دادن دستیابی به این اکتشاف اغراق شود، این حقیقت که ما تا دستیابی به کامپیوترهای کوانتومی کارآمد فاصله‌ی زیادی داریم، تحت‌الشعاع قرار خواهد گرفت. مایک می‌بری[6]، مدیر ارشد بخش فناوری اینتل این هفته به وایدر گفت که او تجاری‌سازی عمده‌ی این فناوری را به چشم پروژه‌ای می‌بیند که ده سال دیگر به بار خواهد نشست. IBM گفته این فناوری ممکن است تا پنج سال دیگر وارد بازار شود.

شی، سخنگوی علی‌بابا، منکر این نیست که برتری کوانتومی – موقعی که به حقیقت بپیوندد – اهمیت خواهد داشت. ولی توصیه‌ی او به پژوهشگران گوگل و نهادهای دیگر این است که دیدگاه واقع‌گرایانه‌تری به این پدیده داشته باشند. او می‌گوید: «نگرانی فیزیک‌دان‌های حوزه‌ی ابزار پیرامون این‌که چه موقع به برتری دست پیدا می‌کنیم، مثل این می‌ماند که نگران این باشید فرزندتان کی به درجه‌ی هوشمندی سگتان خواهد رسید. کافی‌ست روی پرورش او تمرکز کنید؛ این اتفاق به خودی خود خواهد افتاد، حتی اگر از موعد وقوع آن مطمئن نباشید.»

[1] John Martinis

[2] Sergio Boixo

[3] Yaoyun Shi

[4] Graeme Smith

[5] Jake Taylor

[6] Mike Mayberry

سفید کاغذی

جدیدترین شماره کاغذی سفید را بخرید

شماره ۳: پری‌زدگی

خرید این شماره