گوگل بهتازگی اعلام کرده که با چیپ کوانتومی ویلو به یک «مزیت کوانتومی تاییدپذیر» دست یافته است. الگوریتم جدیدی به نام Quantum Echoes که روی این چیپ اجرا شده، ادعا میشود تا ۱۳۰۰۰ برابر سریعتر از هر اَبَررایانهٔ کلاسیک عمل میکند و نتایجی تولید میکند که قابل تکرار و راستیآزمایی هستند.
الگوریتمی شبیه «شنیدن انعکاس» در دنیای کوانتومی
Quantum Echoes یک روش نوآورانه برای تحلیل دینامیک سامانههای کوانتومی است. تیم گوگل یک سیگنال خاص را به شبکهای از کیوبیتها ارسال میکند، یکی از کیوبیتها مختل میشود و سپس روند تکامل سیستم به عقب بازگردانده میشود تا «انعکاس» بازگشتی ثبت شود. وقتی این انعکاس با تداخل سازنده تقویت شود، نحوهٔ انتشار اغتشاشات در آرایهٔ ۱۰۵ کیوبیتی ویلو آشکار میشود.
آزمایش مولکولی و «خطکش مولکولی»
برای نشان دادن کاربرد عملی، گوگل و پژوهشگرانی از دانشگاه UC Berkeley الگوریتم را برای تحلیل خواص مولکولی بهکار گرفتند. آنها دو مولکول با اندازههای متفاوت — یکی ۱۵ اتم و دیگری ۲۸ اتم — را مطالعه کردند. نتایج کوانتومی با دادههای سنتی رزونانس مغناطیسی هستهای (NMR) مطابقت داشت، ولی در کنار آن جزئیات ساختاری جدیدی را آشکار کرد که معمولاً با NMR بهسادگی دیده نمیشود. تیم گوگل این روش را «خطکش مولکولی» توصیف کرده که میتواند فواصل و اطلاعات ساختاری را در مقیاسی نشان دهد که ابزارهای معمولی به آن دسترسی ندارند.
تا امروز بسیاری از ادعاهای برتری کوانتومی به دلیل سختی در راستیآزمایی و تکرارپذیری مورد تردید بودند. گوگل با ترکیب الگوریتم جدید با یک بنیان آزمایشی که روی Random Circuit Sampling بنا شده بود، فراتر رفته و قابلیت راستیآزمایی را افزوده است؛ به این معنی که نتایج میتوانند روی دیگر ماشینهای کوانتومی هم بازتولید شوند. این ویژگی تا پیش از این در بسیاری از الگوریتمها وجود نداشت.
ویلو در برابر سیکامور؛ از اثبات مفهوم تا کاربرد واقعی
چیپ قبلی گوگل، سیکامور، در ۲۰۱۹ نشان داد که محاسبات کوانتومی میتواند در یک وظیفهٔ خاص از کلاسیک جلو بزند، اما آن تجربه بیشتر یک اثبات مفهوم انتزاعی بود و کاربرد عملی محدودی داشت. ویلو اما طراحی شده تا نرخ خطا را بسیار کاهش دهد و عملیات سریعتری ارائه کند؛ دو شرط لازم برای اجرای الگوریتمهایی که هم به دقت و هم به پیچیدگی نیاز دارند.
پیامدها برای علوم و صنایع
- پیشرفت در طراحی دارو: تحلیل مولکولی دقیقتر میتواند مسیرهای جدیدی در داروسازی باز کند.
- مواد نوآورانه: فهم بهتر ساختارها راه را برای مواد با خصوصیات فراتر از نمونههای فعلی هموار میسازد.
- بیولوژی و شیمی محاسباتی: مدلسازی دینامیک کوانتومی میتواند کشف فرایندهای پیچیدهٔ مولکولی را سرعت ببخشد.
این دستاورد، با نشان دادن یک مزیت کوانتومی که قابل راستیآزمایی و تکرار است، یکی از آخرین موانع اثبات علمی کاربردپذیری کامپیوترهای کوانتومی را پشت سر گذاشته است. حالا سوال بزرگ این است: با دسترسی به این دقت و سرعت، چه مشکلات علمی و صنعتی تازهای قابل حل خواهند شد؟
