گوگل از چیپ کوانتومی ویلو (Willow) رونمایی کرد: تحولی بنیادین در محاسبات کوانتومی
گوگل با معرفی چیپ کوانتومی ویلو (Willow)، جهشی بزرگ در حوزه محاسبات کوانتومی ایجاد کرده است. این چیپ پیشرفته با توانایی کاهش نمایی خطاها در مقیاسهای بزرگتر و انجام محاسباتی فراتر از توان ابرکامپیوترهای کلاسیک، چشمانداز تازهای برای استفاده تجاری و علمی این فناوری را به رخ کشید. با کمک ویلو، مشکلاتی که پیشتر حل آنها برای سیستمهای کلاسیک غیرممکن بود، اکنون قابل بررسی و حلاند.
چالش خطا در محاسبات کوانتومی: پیروزی با کاهش نمایی
یکی از مشکلات اساسی کامپیوترهای کوانتومی، خطاهای ناشی از تعامل کیوبیتها (Qubits) با محیط اطرافشان است. این مشکل که «نرخ خطای کوانتومی» نامیده میشود، محاسبات را ناپایدار و غیرقابل اعتماد میکند. ویلو با «تصحیح خطای کوانتومی» (Quantum Error Correction) این چالش را حل کرده.
در آزمایشهای انجامشده، این چیپ توانسته است با افزایش آرایههای کیوبیتی از ۳×۳ به ۵×۵ و سپس ۷×۷، نرخ خطا را به صورت نمایی کاهش دهد. این دستاورد که در اصطلاح علمی «رسیدن به آستانه» (Below Threshold) نامیده میشود، یکی از مهمترین دستاوردهای تاریخ محاسبات کوانتومی است. این موفقیت همچنین یکی از نخستین نمونههای اصلاح خطای همزمان و در لحظه است که به چیپ اجازه میدهد قبل از تأثیر خطا، آن را شناسایی و اصلاح کند.
محاسبات فراتر از جهان کلاسیک: قدرت ویلو
ویلو توانست با استفاده از یک معیار پیشرفته به نام «نمونهبرداری از مدار تصادفی» (Random Circuit Sampling یا RCS) محاسبهای را در کمتر از پنج دقیقه انجام دهد که سریعترین ابرکامپیوترهای کلاسیک کنونی به زمانی معادل ۱۰ سپتیلیون سال (10^25) نیاز دارند. برای درک این عدد باید گفت که عمر جهان تنها حدود ۱۳.۸ میلیارد سال تخمین زده میشود.
این دستاورد بینظیر بازتابی از توانایی سیستمهای کوانتومی در پردازش موازی اطلاعات است.
ویلو: محصولی از طراحی پیشرفته و دقیق
چیپ ویلو در یکی از مدرنترین مراکز تولید در سانتا باربارا (Santa Barbara) ساخته شده. این مرکز بهطور خاص برای ساخت چیپهای کوانتومی طراحی شده و تمام مراحل از معماری چیپ گرفته تا ساخت و کالیبراسیون آن را با دقت اجرا میکند.
ویلو با داشتن ۱۰۵ کیوبیت و میانگین اتصال ۳.۴۷، یکی از پیشرفتهترین چیپهای کوانتومی ساختهشده است. از دیگر شاخصههای عملکردی آن میتوان به زمان نگهداری کیوبیتها (T1) اشاره کرد که به ۱۰۰ میکروثانیه رسیده و نسبت به نسل قبلی پنج برابر بهبود یافته است.
جهش به سوی الگوریتمهای عملی
یکی از اهداف اصلی پژوهشگران گوگل، حرکت به سوی الگوریتمهایی است که بتوانند مشکلات واقعی و کاربردی را حل کنند. تا به امروز آزمایشها در دو زمینه جداگانه انجام شدهاند: یکی معیارهای پیشرفته مانند RCS که نشاندهنده عملکرد برتر نسبت به سیستمهای کلاسیک است ولی کاربرد عملی مشخصی ندارد، و دیگری شبیهسازیهای علمی سیستمهای کوانتومی.
هدف بعدی ویلو، ترکیب این دو دستاورد است: ایجاد الگوریتمهایی که فراتر از توانایی کامپیوترهای کلاسیک باشند و در عین حال در جهان واقعی کاربردی و مفید باشند.
کاربردهای آینده: از انرژی تا هوش مصنوعی
توان محاسباتی ویلو میتواند در حوزههای مختلفی از جمله کشف داروهای جدید، طراحی باتریهای کارآمدتر، شبیهسازی واکنشهای شیمیایی پیچیده و پیشرفت در انرژیهای تجدیدپذیر کاربرد داشته باشد. به علاوه، این پیشرفت میتواند هوش مصنوعی (AI) را نیز متحول کند.
الگوریتمهای کوانتومی با تواناییهای منحصربهفرد خود در حل مسائل پیچیده میتوانند یادگیری عمیق (Deep Learning) را به سطوح جدیدی برسانند. این تواناییها شامل جمعآوری دادههایی است که برای سیستمهای کلاسیک غیرقابل دسترسی هستند یا مدلسازی سیستمهایی که در آنها اثرات کوانتومی نقش اساسی دارند.
گام بعدی در مسیر انقلاب کوانتومی
پیشرفتهای ویلو نشان میدهد که ساخت کامپیوترهای کوانتومی بزرگ و عملیاتی، دیگر صرفاً یک رویا نیست. گوگل با ایجاد منابع آموزشی و ابزارهای متنباز، دانشمندان و مهندسان را به همکاری برای توسعه این فناوری دعوت میکند. به کمک این ابزارها، پژوهشگران میتوانند الگوریتمهایی بسازند که راهحلهایی نوآورانه برای مشکلات آینده ارائه دهند.
این نوشتهها را هم بخوانید
