چین در تلاش برای پیوستن به ایالات متحده به عنوان پیشرو در محاسبات کوانتومی، یک فناوری امیدوارکننده اما دست نیافتنی است که می‌تواند تحقیقات علمی را افزایش دهد و صنایع مبتنی بر داده‌ها از مالی و دارویی گرفته تا لجستیک و انرژی سبز را متحول کند.
بیدو، یک پیشگام اینترنت چینی که به دلیل موتور جستجوی گوگل مانند خود شناخته شده است، اخیرا اعلام کرده نسخه خود را از یک کامپیوتر کوانتومی ساخته است؛ دستگاهی آزمایشی که از ویژگی‌های فیزیک کوانتومی برای انجام محاسبات با سرعتی بسیار فراتر از کامپیوترهای الکترونیکی معمولی استفاده می‌کند.
این حرکت به دنبال پیشرفت‌های مشابهی است که در سال‌های اخیر توسط شرکت ماشین‌های تجاری بین‌المللی، شرکت آلفابت، گوگل و سایر شرکت‌ها در ایالات متحده انجام شده و به عنوان رهبر جهانی در تحقیقات محاسبات کوانتومی شناخته میشود.
بیدو گفت کامپیوتر جدیدش – مجموعه‌ای از صفحات و سیم‌های فلزی که کمی شبیه یک لوستر بزرگ به نظر می‌رسد – از طریق یک وب‌سایت و اپلیکیشن موبایل به‌صورت رایگان برای محققان، مهندسان و حتی دانش‌آموزان در دسترس است. شرکت‌های آمریکایی از جمله آی بی ام و گوگل نیز وب‌سایت‌هایی را برای دسترسی به رایانه‌های کوانتومی خود ارائه می‌کنند.
در مورد چیان شی، نام رایانه جدید، که در چینی ماندارین به معنای «بهشت منشا همه چیز است» گفته میشود که به عنوان پایگاهی برای مردم عمل می‌کند تا اطلاعات بیشتری درباره این فناوری کسب کنند و برای تقویت نوآوری مفید است.
اینکه آیا دستگاه‌های محاسباتی کوانتومی در نهایت از آزمایشگاه به استفاده تجاری گسترده منتقل می‌شوند یا خیر، هنوز یک بحث در جامعه علمی باقی مانده است. اما شواهد ریاضی نشان می‌دهد که رایانه‌های کوانتومی کاملاً تحقق یافته می‌توانند در چند ثانیه مسائل خاصی را حل کنند که حتی با سریع‌ترین ابررایانه‌ها هزاران یا میلیون‌ها سال طول می‌کشند.
کامپیوترهای کوانتومی سرعت فوق‌العاده خود را از استفاده از بیت‌های کوانتومی یا کیوبیت‌ها به‌جای صفر و یک‌های دیجیتالی که برای نمایش داده‌ها در رایانه‌های معمولی استفاده می‌شوند، به دست می‌آورند.
بیت‌ها، همانطور که صفر و یک شناخته می‌شوند، فقط می‌توانند یک مقدار داشته باشند. اما کیوبیت‌ها – که در ذرات زیراتمی و اتمی شامل الکترون‌ها، فوتون‌ها و یون‌ها کدگذاری می‌شوند – می‌توانند همزمان به صورت صفر و یک وجود داشته باشند. این پدیده که به عنوان برهم‌نهی شناخته میشود، کیوبیت‌ها را در انجام محاسبات خاص، مانند محاسبات مورد نیاز برای شبیه‌سازی دنیای فیزیکی یا بهینه‌سازی فرآیندهای تجاری، بسیار کارآمد می‌سازد.
کیوبیت‌ها همچنین به دلیل تواناییشان برای ورود به درهم تنیدگی کوانتومی خاص هستند، به این معنی که دو ذره در فاصله، رفتارهای یکدیگر را منعکس می کنند که انگار به هم مرتبط هستند. چنین ویژگی می تواند برای هماهنگ کردن محاسبات مورد استفاده قرار گیرد. اخیرا سه فیزیکدان که وجود این پدیده را تایید کردند، جایزه نوبل فیزیک را دریافت کردند.
کشف چگونگی کنترل این ویژگی‌ها یک چالش بزرگ است. برنامه نویسی کیوبیت‌ها در حالت‌های مناسب نیاز به تنظیمی دارد که امکان تعامل با آنها را فراهم کند. اما نگه داشتن آنها در آن حالت‌ها برای انجام محاسبات مستلزم برعکس است: جداسازی کامل آنها از ذرات دیگر که می‌تواند باعث شود کیوبیت‌ها اطلاعات رمزگذاری شده خود را از دست بدهند و این پارادوکس بزرگ مهندسی است.
اگر محققان موفق شوند، کامپیوترهای کوانتومی ممکن است این امکان را برای سازندگان باتری فراهم کنند تا واکنش‌های شیمیایی پیچیده‌ای را برای طراحی دستگاه‌هایی با عملکرد بالاتر پیش‌بینی کنند. به طور مشابه، کامپیوترها ممکن است با کمک به داروسازان در شبیه سازی خم شدن پروتئینی، توسعه داروهای جدید را سرعت بخشند.
کامپیوترهای کوانتومی همچنین ممکن است قادر به شکست دادن شکل استاندارد رمزگذاری مورد استفاده برای ایمن سازی ارتباطات در سراسر جهان باشند – موضوعی که نگرانی زیادی برای مؤسسات مالی و همچنین دولت‌هایی که مشتاق حفظ اسرار اطلاعاتی و نظامی هستند را در پی دارد.
چرا کامپیوترهای کوانتومی در حل مسائل سریعتر هستند؟
رایانه‌های کوانتومی برای مسائل بهینه‌سازی، مانند یافتن گزینه‌های کارآمدتر برای زنجیره تأمین، سریعتر از رایانه‌های سنتی هستند.
ایالات متحده، آلمان، فرانسه و هند از جمله کشورهایی هستند که هر کدام متعهد شده‌اند بیش از یک میلیارد دلار بودجه دولتی را در چند سال آینده برای تحقیقات فناوری‌های کوانتومی هزینه کنند. پکن آماری از سرمایه‌گذاری‌های برنامه‌ریزی‌شده خود اعلام نمی‌کند، اما گزارش‌های رسانه‌های چینی و گروه‌های تحقیقاتی سیاست ایالات متحده، این رقم را در یک دوره مشابه بین ۱ میلیارد دلار و بیش از ۱۵ میلیارد دلار دانسته‌اند.
چین در مقایسه با ایالات متحده، دیر وارد محاسبات کوانتومی شد و ابتدا به دنبال تسلط بر یک حوزه مرتبط به نام ارتباطات کوانتومی بود که هدف آن توسعه روشی برای رمزگذاری است که هک کردن آن تقریبا غیرممکن است. کارشناسان سیاست فناوری چین می گویند که تمرکز اولیه احتمالاً در پاسخ به افشاگری در سال ۲۰۱۳ توسط ادوارد اسنودن، پیمانکار سابق دولت ایالات متحده، مبنی بر اینکه واشنگتن عمق ستون فقرات اینترنت چین را هک کرده بود، صورت گرفت.
از زمانی که پکن در تلاش خود برای ساخت یک اینترنت ضد هک پیشروی کرد، تغییر توجه پکن به محاسبات کوانتومی در تعداد فزاینده پروژه‌های تحقیقاتی و پیشرفت‌های دانشمندان چینی مشهود بوده است. این کار به تعداد زیادی تلاش تجاری منجر شده است. بیدو برای ساخت کامپیوتر خود به نوآوری‌های دانشگاه‌های چینی متکی بود.
بر اساس تجزیه و تحلیل سال ۲۰۲۲ از مقالات علمی موسسه رند، ایالات متحده همچنان در این زمینه پیشتاز است و واشنگتن قبلاً به دنبال کاهش پیشرفت چین بوده است. سال گذشته، وزارت بازرگانی ایالات متحده صادرات تجهیزات پیشرفته را به هشت شرکت و آزمایشگاه چینی که مظنون به حمایت از تلاش‌های چین برای ساخت برنامه‌های نظامی مبتنی بر کوانتوم بودند، ممنوع کرد. کنترل‌های صادراتی گسترده‌تر بر روی تجهیزات ساخت تراشه‌های سیلیکونی پیشرفته نیز بر رایانه‌های کوانتومی تأثیر گذاشته است که گاهی از تراشه‌های سیلیکونی متکی بر فناوری‌های ساخت یکسان استفاده می‌کنند.
در همین حال، دانشگاهیان آمریکایی می‌گویند که گرفتن ویزا برای انجام تحقیقات کوانتومی در ایالات متحده برای دانشجویان چینی دشوارتر شده است.
کارشناسان موسسه رند و موسسات دیگر بر این نظر هستند که پیشرفت‌های محاسبات کوانتومی چین به این حوزه در سطح جهانی کمک کرده و محدودیت‌های بیشتر سرعت پیشرفت علمی را کاهش می‌دهد. تجزیه و تحلیل رند نشان داد که نیمی از مقالات منتشر شده در مورد تحقیقات کوانتومی ناشی از همکاری‌های بین‌المللی است و دانشمندان آمریکایی بیش از هر کشور دیگری مقالات کوانتومی را با دانشمندانی از چین می‌نویسند.
قبل از اینکه کامپیوترهای کوانتومی به پتانسیل کامل خود دست یابند، تحقیقات زیادی باید انجام شود. محققان تخمین می‌زنند که ساخت یک کامپیوتر کوانتومی به اندازه کافی قدرتمند برای شکست دادن پروتکل‌های رمزگذاری داده‌های موجود به میلیون‌ها کیوبیت نیاز دارد – نقطه عطفی که به گفته آنها احتمالاً یک دهه یا بیشتر با آن فاصله دارد. آی‌بی‌ام، پیشرو صنعت امروز، یک کامپیوتر کوانتومی با ۱۲۷ کیوبیت ساخته است. بیدو می‌گوید چیان شی ۱۰ کیوبیت دارد و این شرکت قصد دارد سال آینده یک کامپیوتر ۳۶ کیوبیتی عرضه کند.
دانشمندان در سراسر جهان به دنبال راه‌هایی برای ساخت رایانه‌های کوانتومی پیچیده‌تر هستند، از جمله آزمایش ذرات مختلف به عنوان کیوبیت و استفاده از روش‌های مختلف برای کنترل آنها. محبوب‌ترین طراحی رایانه‌های کوانتومی امروزی – نوعی که توسط آی بی ام، گوگل و اکنون بایدو توسعه داده شده است – بر دستگاهی متکی است که یک تراشه رایانه را تا دمای بسیار پایین خنک می‌کند و الکترون‌های آن را به حالت کوانتومی جذب می‌کند.
شرکت‌ها همچنین به دنبال کاربردهای تجاری موقت مانند بهبود مدیریت دارایی‌های مالی یا هماهنگی مسیر حمل و نقل هستند که ممکن است تنها با صدها یا هزاران کیوبیت امکان‌پذیر باشد، و فیزیکدانان کوانتومی مطمئن هستند در چند سال آینده به آنها خواهند رسید.
منبع: wsj
