به گزارش خبرنگار علم و فناوری ایسکانیوز؛ یکی از زمینه‌های کنونی ارتباط دانشگاه و صنعت، ساخت کامپیوترهای کوانتومی است و این روند باعث ایجاد مسیر دانش از دانشگاه به بخش خصوصی شده است؛ جایی که میلیاردها دلار سرمایه جمع شده تا این فناوری را به واقعیت تبدیل کند.
اما آنچه همه باید بدانند این است که محاسبات کوانتومی هنوز یک واقعیت عملی نیست و ابرکامپیوترها چیزی در سطح یک مساله تحقیقاتی مبهم هستند که هیچ کاربرد واقعی ندارند و هنوز هیچ شرکتی دستگاهی ابداع نکرده است که بتواند موانع را به طور کامل شکست دهد و تنها کاری که انجام می‌دهند یا این است که با موانع مختلف محاسبات کوانتومی دست و پنجه نرم کنند یا برای فروش کامپیوترهای کوانتومی خود به آزمایشگاه‌های تحقیقاتی تقلا کنند.
محاسبات کوانتومی
محاسبات کوانتومی بر اساس اصول مکانیک کوانتومی، شاخه‌ای از فیزیک است که با پدیده‌هایی در مقیاس اتمی و زیر اتمی سروکار دارد. برخلاف کامپیوترهای کلاسیک که اطلاعات را در بیت‌های باینری (صفر یا یک) به عنوان دروازه‌های ترانزیستور باز و بسته می‌کنند، کامپیوترهای کوانتومی از بیت‌های کوانتومی یا کیوبیت‌ها استفاده می‌کنند که می‌توانند هر ۲ حالت را به طور همزمان نشان دهند. برای تجسم این موضوع به خودتان زحمت ندهید، چون تا به حال هیچ کس یک کیوبیت را در برهم‌نهی ندیده است. اینها همه معادلات ریاضی است. البته ریاضیات و روش‌های مختلف اندازه‌گیری کیوبیت‌ها به ما می‌گویند که از دستکاری برهم‌نهی می‌توان برای پردازش حجم وسیعی از داده‌ها و حل مسائل پیچیده خاص با سرعت‌هایی غیرقابل تصور با قوی‌ترین ابرکامپیوترهای امروزی استفاده کرد.
چشم‌انداز رو به رشد محاسبات کوانتومی
سرمایه‌گذاری‌های فزاینده نشان از اعتماد به توانایی محاسبات کوانتومی برای متحول کردن بخش‌های مختلف صنعتی، از امور مالی و دارویی گرفته تا لجستیک و خودرو دارد. دولت آمریکا به عنوان پیشگام بین سال‌های ۲۰۱۹ تا ۲۰۲۲ حدود ۲/۹ میلیارد دلار در تحقیق و توسعه محاسبات کوانتومی هزینه کرده است و همچنان نیز در حال برنامه‌ریزی برای هزینه‌های بیشتر است.
به غیر از آمریکا، بریتانیا، اتحادیه اروپا و چین نیز در سطح جهانی در حال سرمایه‌گذاری‌های قابل توجه در این زمینه هستند که مجموعا میلیاردها دلار می‌شود و باز هم نشان دهنده اعتماد قوی به پتانسیل محاسبات کوانتومی دارد.
البته این فقط دولت‌ها نیستند که در این زمینه سرمایه‌گذاری می‌کنند و حتی شرکت‌های خصوصی نیز در این میدان وارد شده‌اند و سرمایه‌های خود را روانه این حزوه می‌کنند. این شرکت‌ها در سال ۲۰۲۲ بیش از ۲/۳۵ میلیارد دلار سرمایه صرف کرده‌اند تا کاربردهای آینده محاسبات کوانتومی را افزایش دهند.
با این حال، علیرغم پیشرفت‌های قابل توجهی که در این زمینه انجام شده است، چالش‌ها و بحث‌های متعددی در مورد عملی بودن محاسبات کوانتومی فراتر از خدمت به عنوان یک آزمایش پیشگامانه فیزیک و ریاضی وجود دارد. شرکت‌هایی که در قلمرو کوانتومی کار می‌کنند به طور دوره‌ای پیشرفت و دستاوردها را اعلام می‌کنند، اما محاسبات کوانتومی مفید هنوز خیلی دورتر از واقعیت هستند.
در حال حاضر، مزایای محاسبات کوانتومی، مانند رمزنگاری، توسعه فوری داروهای معجزه‌آسا و معکوس کردن تغییرات آب و هوایی، هنوز رویاهای دوردستی هستند. بنابراین، شرکت‌هایی که در بخش خصوصی تلاش می‌کنند سرمایه‌گذاری‌های کوانتومی را توجیه کنند، باید تعادل ظریفی بین کاربردهای فعلی فناوری و پتانسیل آینده آن برقرار کنند.
موارد استفاده از محاسبات کوانتومی
در حال حاضر، استفاده اولیه از کامپیوترهای کوانتومی برای اهداف تحقیقاتی است. اما برخی از موارد استفاده شناخته شده که در حال بررسی هستند عبارتند از:
- شبیه‌سازی کوانتومی: کامپیوترهای کوانتومی می‌توانند رفتار سیستم‌های کوانتومی پیچیده را شبیه‌سازی کنند که در شیمی، علم مواد، کشف دارو و پیش‌بینی کاربرد دارد.
- بهینه‌سازی کوانتومی: کامپیوترهای کوانتومی می‌توانند مسائل بهینه‌سازی را کارآمدتر از کامپیوترهای کلاسیک که در لجستیک، امور مالی و مدیریت زنجیره تأمین کاربرد دارند، حل کنند.
- یادگیری ماشین کوانتومی: کامپیوترهای کوانتومی می‌توانند الگوریتم‌های یادگیری ماشین را بهبود بخشند و توسعه مدل‌های جدید هوش مصنوعی را امکان پذیر کنند.
- رمزنگاری کوانتومی: کامپیوترهای کوانتومی می‌توانند امنیت ارتباطات و داده‌ها را با ایجاد امکان توسعه پروتکل‌های رمزنگاری جدید افزایش دهند.
رمزنگاری کوانتومی چیست؟
رمزنگاری کوانتومی دانش استفاده از ویژگی‌های مکانیکی کوانتوم برای انجام اموری است که به رمزنگاری نیاز دارند. مزیت رمزنگاری کوانتومی در این است که به کمک آن می‌توان چند عملکرد رمزنگاری را که با روش‌های غیر کوانتومی انجام‌پذیر نیستند با موفقیت به پایان رساند. علاوه براین، غیرممکن است بتوان داده‌هایی را که در وضعیت کوانتومی هستند، کپی‌برداری کرد. زیرا اگر فردی تلاش کند داده‌های رمزنویسی شده را بخواند، وضعیت کوانتومی تغییر می‌کند و دسترسی به آنها میسر نمی‌شود.
رمزنگاری کوانتومی فقط برای تولید و توزیع کلید استفاده می‌شود و نه برای انتقال اطلاعات. این کلید در مراحل بعدی می‌تواند با هر الگوریتم رمزگذاری یا رمزگشایی برای تبدیل پیام به رمز یا برعکس استفاده شود.
پیشگامان محاسبات کوانتومی
به گزارش فوربس، در حالی که چشم‌انداز محاسبات کوانتومی مملو از استارتاپ‌های نوآورانه است، چندین غول صنعت خود را به عنوان پیشگامان این فضا تثبیت کرده‌اند. این شرکت‌ها مرزهای این فناوری انقلابی را پیش می‌برند و آینده محاسبات کوانتومی را شکل می‌دهند. در اینجا نگاهی اجمالی به شرکت‌های برتر محاسبات کوانتومی می‌اندازیم:
آی‌بی‌ام
IBM پیشگام فعلی محاسبات کوانتومی است. این شرکت سال گذشته کوانتوم سیستم ۲ خود را راه‌اندازی کرد؛ یک کامپیوتر کوانتومی مدولار که توسط یک تراشه ساخت آی‌بی‌ام به نام «هرون» تغذیه می‌شود. این تراشه «اصلاح خطا» را بهبود می‌بخشد و با ناهمدوسی مبارزه می‌کند. ناهمدسی پدیده‌ای است که منجر به از دست دادن حالت‌های کوانتومی در یک سیستم کوانتومی می‌شود.
این شرکت همچنین اخیرا از پردازنده‌ای با نام «کوندور» رونمایی کرده که یک پردازنده هزار و ۱۲۱ کیوبیت کوانتومی ابررساناست و براساس فناوری گیت رزونانس متقاطع عمل می‌کند. آی‌بی‌ام امیدوار است که تا سال ۲۰۳۳ یک سیستم کوانتومی ۱۰۰ هزار کیوبیتی تولید کند.
لابراتوار هوش مصنوعی کوانتومی گوگل
لابراتوار هوش مصنوعی کوانتومی گوگل در سال ۲۰۱۹ اعلام کرد که با کامپیوتر کوانتومی خود با نام «سیکامور» به «برتری کوانتومی» دست یافته است. این کامپیوتر سریع‌تر از آنچه که یک ابرکامپیوتر می‌تواند انجام دهد، محاسبه می‌کند. البته IBM بلافاصله پاسخ داد که ابرکامپیوترهایش می‌توانند این کار را سریع‌تر انجام دهند.
با این حال، گوگل قصد دارد تا دهه آینده سیستم کوانتومی با یک میلیون کیوبیت بسازد.
آمازون
در سال ۲۰۱۹، خدمات وب آمازون مرکزی را برای محاسبات کوانتومی در محوطه دانشگاه کل‌تک تأسیس کرد، جایی که ریچارد فاینمن برای اولین بار ایده ساخت یک کامپیوتر کوانتومی را در اوایل دهه ۱۹۸۰ مطرح کرد. It’s Amazon Braket یک سرویس محاسباتی کوانتومی کاملاً مدیریت شده است که دسترسی به سخت‌افزار کوانتومی را از فروشندگان مختلف مثل «مدار کوانتومی آکسفورد» فراهم می‌کند.
این سرویس به کاربران اجازه می‌دهد تا با معماری‌های سخت‌افزاری مختلف آزمایش کنند و بهترین را برای نیازهای خاص خود بیابند. اخیرا، خدمات وب آمازون از تراشه‌ای با طراحی سفارشی رونمایی کرده است که می‌تواند با استفاده از رویکرد تصحیح خطای غیرفعال، خطاها را تا ضریب ۱۰۰ سرکوب کند.
مایکروسافت
آزور مایکروسافت مجموعه‌ای جامع از ابزارها و منابع را برای محاسبات کوانتومی فراهم می‌کند و فعالانه روی توسعه یک کامپیوتر کوانتومی مقیاس‌پذیر و مقاوم به خطا کار می‌کند. پلتفرم آزور کوانتومی دسترسی به سخت‌افزار کوانتومی، شبیه‌سازها و ابزارهای توسعه را فراهم می‌کند و به کاربران اجازه می‌دهد تا با الگوریتم‌های کوانتومی آزمایش کنند و پتانسیل محاسبات کوانتومی را کشف کنند.
اینتل
اینتل برای ارائه یک سیستم کوانتومی تجاری تمام عزمش را جزم کرده است. این شرکت اخیراً یک تراشه سیلیکونی ۱۲ کیوبیتی به نام «تانل فالز» با هدف پیشبرد تحقیقات کیوبیت اسپین سیلیکونی منتشر کرده است. این شرکت قصد دارد تراشه را با کیت توسعه نرم‌افزار کوانتومی اینتل ادغام کند.
اینتل امیدوار است که نسل بعدی تراشه کوانتومی خود را در سال ۲۰۲۴ منتشر کند و از همکاری با دانشگاه شیکاگو و دانشگاه توکیو برای پیشبرد توسعه یک کامپیوتر کوانتومی مقاوم به خطا خبر داده است.
دی- ویو
D-Wave که پیشرو در سیستم‌ها، نرم‌افزارها و سرویس‌های محاسباتی کوانتومی است، از فرآیندی به نام «آنیل کوانتومی» استفاده می‌کند. سیستم‌های این شرکت توسط برخی از پیچیده‌ترین شرکت‌های جهان، از جمله گوگل، ناسا ایمز و فولکس واگن استفاده می‌شوند. بازپخت کوانتومی با محاسبات کوانتومی مبتنی بر گیت که توسط اکثر بازیگران دیگر در فضا دنبال می‌شود متفاوت است، اما در حل مسائل بهینه‌سازی پیچیده در مقیاس نویدبخش است. این شرکت برای ارائه ارزش تجاری بر مشکلات بهینه‌سازی تمرکز می‌کند.
کوانتینیوم
کامپیوترهای کوانتومی سری H شرکت کوانتینیوم از ترکیب محاسبات کوانتومی کمبریج و راه‌حل‌های کوانتومی «هانی‌ول» ساخته شده است و از همه اتصالات کیوبیتی پشتیبانی می‌کنند و امکان ایجاد حالت‌های درهم تنیده بین همه کیوبیت‌ها را فراهم می‌کنند.
کوانتینووم میان‌افزار و محصولات نرم‌افزاری را توسعه داده است که روی پلتفرمهای محاسباتی کوانتومی و شیمی کوانتومی، یادگیری ماشین کوانتومی و هوش مصنوعی کوانتومی روی یون‌های به دام افتاده و سایر پلتفرمهای محاسباتی کوانتومی اجرا می‌شوند.
ریگتی
شرکت ریگتی سیستم‌های محاسباتی کوانتومی یکپارچه را با بهره‌گیری از فناوری کیوبیت ابررسانا ایجاد و به کار می‌گیرد. همچنین یک پلتفرم ابری به نام «فارست» ارائه می‌دهد که برنامه‌نویسان را قادر می‌سازد الگوریتم‌های کوانتومی بنویسند.
زانادو
Xanadu یک شرکت محاسبات کوانتومی فوتونیکی کامل است که کامپیوترهای کوانتومی می‌سازد و خدمات ابر کوانتومی را ارائه می‌دهد. سیستم‌های این شرکت مبتنی بر فناوری فوتونیک هستند و به گونه‌ای طراحی شده‌اند که امکان توسعه کاربردهای کوانتومی عملی را فراهم کنند.
آتوس
آتوس کوانتوم پیشگام جهانی در تحول دیجیتال است. ماشین یادگیری کوانتومی آن (QLM) یک زیرساخت سخت‌افزاری اختصاصی قدرتمند است که محققان، مهندسان و دانش‌آموزان را قادر می‌سازد تا نرم‌افزار کوانتومی را توسعه و آزمایش کنند.
کدام کشورها بیشترین شرکت‌های محاسبات کوانتومی را دارند؟
به گزارش نشریه «IoT World Today»، کشورهای با درآمد بالا تحقیقات را زود آغاز کردند، اما کشورهای با درآمد متوسط در حال جبرانند و خیلی زود در حال پر کردن این شکاف فناوری هستند.
اکثر کشورهای با درآمد بالا سرمایه‌گذاری در تحقیقات محاسبات کوانتومی را به صورت مستقل یا در مشارکت‌های دولتی و خصوصی آغاز کرده‌اند. حتی بسیاری از کشورهای با درآمد متوسط برنامه‌های محاسبات کوانتومی آزمایشی را آغاز کرده‌اند. با این حال، کشورها در به دست آوردن منابع و تخصص مورد نیاز برای یک ابتکار تحقیقات کوانتومی با هر تولید ناخالص داخلی (GDP) با چالش‌هایی مواجه می‌شوند.
غلبه بر این چالش‌ها برای هر کشوری که به دنبال رقابت در زمینه محاسبات کوانتومی است، بسیار مهم است. در مواردی که بخش تجاری یک کشور توسعه نیافته است، دولت اغلب یک ابتکار کوانتومی ملی را رهبری می‌کند. چنین ابتکاراتی مستلزم بودجه قابل توجه و یک نهاد ملی شایسته است که مایل به رهبری و همکاری نزدیک با دانشگاه، صنعت و سایر نهادهای عمومی باشد.
با وجود این چالش‌ها، بیش از ۲۰ دولت در سراسر جهان از سال ۲۰۰۹ طرح‌های ملی کوانتومی را راه‌اندازی کرده‌اند و بیش از ۳۰ میلیارد دلار در این زمینه سرمایه‌گذاری کرده‌اند. این سرمایه‌گذاری‌های قابل‌توجه، پتانسیل توسعه اسپین‌آف‌هایی را دارند که می‌توانند کمک قابل توجهی به فناوری کوانتومی داشته باشند و در عین حال نوآوری را تقویت کنند.
کشورهای پیشگام در زمینه تحقیقات کوانتومی را از منظر تولید ناخالص داخلی می‌توان به شرح زیر تقسیم کرد:
- کشورهای با درآمد بالا
به جز مکزیک، ترکیه و اندونزی، همه کشورهایی که تولید ناخالص داخلی آنها بیش از یک تریلیون دلار است، ابتکارات کوانتومی ملی خود را راه انداخته‌اند. این دسته شامل چین، ژاپن، هند، کانادا و آمریکا می‌شود که بیشترین سرمایه‌گذاری را در تحقیقات کوانتومی انجام می‌دهند. با این حال، آلمان، بریتانیا، فرانسه، روسیه، ایتالیا، برزیل، استرالیا، کره جنوبی، اسپانیا، عربستان سعودی و هلند (به ترتیب تولید ناخالص داخلی) را نیز شامل می‌شود. برزیل و اسپانیا نیز سال گذشته ابتکارات کوانتومی ملی خود را آغاز کردند.
بسیاری از این کشورها همچنین دارای بخش تجاری پرجنب‌وجوشی هستند که در تحقیقات کوانتومی دخیل هستند. تعداد شرکت‌های خصوصی محاسبات کوانتومی در بسیاری از این کشورها در مقایسه با سایر کشورها نسبتاً زیاد است. آمریکا بالای ۳۵۰، بریتانیا و آلمان بیش از ۱۰۰، کانادا بیش از ۸۰، فرانسه بیش از ۷۵، چین و ژاپن و هلند بیش از ۳۵، هند بیش از ۲۰ و اسپانیا بیش از ۱۵ شرکت در این زمینه دارند.
- کشورهای با درآمد متوسط
به طور مشابه، نزدیک به نیمی از کشورهایی که تولید ناخالص داخلی آنها بین ۵۰۰ میلیارد دلار تا یک تریلیون دلار است نیز در یک طرح کوانتومی ملی سرمایه‌گذاری کرده‌اند. از جمله این کشورها می‌توان به سوئیس، تایوان، سوئد، تایلند و اسرائیل اشاره کرد. کشورهایی که در این دسته قرار می‌گیرند، ولی هنوز ابتکار کوانتومی ملی را دنبال نکرده‌اند عبارتند از لهستان، آرژانتین، بلژیک، نروژ، ایرلند، امارات متحده عربی و نیجریه. با این وجود، توجه به این نکته مهم است که اکثر این کشورها حداقل یک شرکت تجاری درگیر در تحقیقات کوانتومی دارند.
لهستان بیش از ۱۵، بلژیک و ایرلند بیش از پنج، آرژانتین و نروژ بیش از یک شرکت در این زمینه دارند.
- کشورهای کم درآمد
اتریش، سنگاپور، آفریقای جنوبی، فیلیپین، دانمارک، فنلاند، نیوزلند و مجارستان کشورهایی با تولید ناخالص داخلی کمتری هستند که در محاسبات کوانتومی مشارکت دارند. جای تعجب نیست که کشورهایی که تولید ناخالص داخلی کمتری دارند، به ویژه آنهایی که دیر به محاسبات کوانتومی وارد می‌شوند، اغلب در تلاش برای ایجاد جایگاهی در بازار هستند. با این حال، بسیاری از این کشورها همچنین دارای شرکت‌های تجاری هستند که به تحقیقات کوانتومی اختصاص داده شده‌اند. اتریش بیش از پنج، دانمارک بیش از ۲۰، فنلاند بیش از ۱۵ و نیوزلند ۲ شرکت در این زمینه دارند.
انتهای پیام/
نظر شما