دانشمندان هاروارد مانع کلیدی محاسبات کوانتومی را حل کردند

این خبر، یکی از پیشرفت‌های بزرگ در حوزه محاسبات کوانتومیه. دانشمندان هاروارد، در همکاری با MIT و شرکت QuEra Computing، یک سیستم ۳۰۰۰ کیوبیت رو توسعه دادن که می‌تونه بیش از دو ساعت بدون توقف کار کنه و اتم‌های از دست‌رفته رو بدون اختلال در اطلاعات کوانتومی جایگزین کنه. این دستاورد، که در مجله Nature منتشر شده، مشکل اصلی “از دست رفتن اتم‌ها” رو حل می‌کنه و راه رو برای کامپیوترهای کوانتومی پایدار و مقیاس‌پذیر باز می‌کنه. در ادامه، این خبر رو با جزئیات کامل تحلیل می‌کنم: از زمینه و روش گرفته تا جزئیات فنی، مزایا، نقل قول‌ها و چشم‌انداز آینده.

چیستی و زمینه خبر

محاسبات کوانتومی از خواص کوانتومی ذرات زیراتمی (مثل اتم‌های خنثی) برای پردازش اطلاعات استفاده می‌کنه، که قدرت پردازشی رو به صورت نمایی افزایش می‌ده – برخلاف کامپیوترهای کلاسیک که فقط دوبرابر می‌شن. اما چالش اصلی، ناپایداری کیوبیت‌ها (واحدهای پایه کوانتومی) بوده، به خصوص در سیستم‌های اتم خنثی که اتم‌ها ممکنه “فرار” کنن و اطلاعات رو از دست بدن. این خبر، که توسط تیمی به سرپرستی Mikhail Lukin (از ابتکار کوانتومی هاروارد) انجام شده، یک سیستم “پیوسته” (continuous) رو معرفی می‌کنه که بدون نیاز به توقف و بارگذاری مجدد، کار می‌کنه. این پیشرفت، بخشی از موج اخیر مقالات Nature در مورد آرایه‌های اتم‌های قابل پیکربندی و تصحیح خطا هست و می‌تونه محاسبات کوانتومی رو از آزمایشگاه به کاربرد واقعی ببره.

مشکل حل‌شده و روش دستیابی

مشکل کلیدی: “از دست رفتن اتم” (atom loss) که قبلاً آزمایش‌ها رو به عملیات “یک‌بار مصرف” (one-shot) محدود می‌کرد و نیاز به توقف برای بارگذاری مجدد داشت. تیم هاروارد با روش نوآورانه‌ای این رو حل کردن:

• کمربند نقاله شبکه نوری (optical lattice conveyor belts): موج‌های لیزر برای حمل اتم‌ها.
• انبرهای نوری (optical tweezers): پرتوهای لیزر برای دستکاری و قرار دادن اتم‌ها در آرایه‌های شبکه‌ای.

این سیستم، اتم‌های جدید رو با سرعت ۳۰۰,۰۰۰ اتم در ثانیه جایگزین می‌کنه، بدون اینکه اطلاعات کوانتومی موجود (مثل superposition یا entanglement) مختل بشه. در دو ساعت عملیات، بیش از ۵۰ میلیون اتم از سیستم عبور کردن.

جزئیات فنی

سیستم از اتم‌های خنثی به عنوان کیوبیت استفاده می‌کنه، که خواص کوانتومی مثل superposition (همزمان صفر، یک یا هر دو بودن) و entanglement (پیوند کوانتومی) رو بهره می‌بره. مقیاس سیستم ۱۰ برابر بزرگ‌تر از قبلی‌هاست. در جدول زیر، خلاصه‌ای از جزئیات فنی و مقایسه با رقبا رو می‌بینی:

این جزئیات، سیستم رو برای محاسبات واقعی آماده می‌کنه، نه فقط آزمایش‌های کوتاه.

مزایا و implications برای حوزه

این دستاورد، محاسبات کوانتومی رو به سطح جدیدی می‌بره:

• پایداری و مقیاس‌پذیری: عملیات پیوسته، سیستم رو برای محاسبات طولانی (میلیاردها عملیات در روزها) مناسب می‌کنه، که در زمینه‌هایی مثل علم، پزشکی (مثل شبیه‌سازی مولکول‌ها برای دارو) و مالی (بهینه‌سازی پیچیده) تحول‌آفرینه.
• اهمیت فراتر از تعداد کیوبیت: Lukin تأکید می‌کنه که جایگزینی سریع کیوبیت‌ها مهم‌تر از تعداد مطلقه، چون سیستم رو “زنده” نگه می‌داره.
• کاربردهای عملی: می‌تونه به سوپرکامپیوترهایی منجر بشه که مسائل غیرقابل حل کلاسیک رو حل کنن، مثل مدل‌سازی تغییرات آب‌وهوایی یا رمزنگاری پیشرفته.

در کل، این پیشرفت می‌تونه زمان رسیدن به کامپیوترهای کوانتومی کاربردی رو از دهه‌ها به سال‌ها کاهش بده.

نقل قول‌های کلیدی

• Mikhail Lukin (نویسنده ارشد): “ما عملیات پیوسته با سیستم ۳۰۰۰ کیوبیت رو نشون دادیم. اما واضحه که این روش برای اعداد خیلی بزرگ‌تر هم کار می‌کنه… این نوع عملیات پیوسته، با توانایی جایگزینی سریع کیوبیت‌های از دست‌رفته، در عمل مهم‌تر از تعداد خاص کیوبیت‌هاست.”
• Elias Trapp (دکتری دانشجو): “ما راهی نشون دادیم که می‌تونید اتم‌های جدید رو در حالی که به طور طبیعی از دست می‌دید، بدون نابود کردن اطلاعاتی که قبلاً در سیستم هست، وارد کنید. این واقعاً حل کردن bottleneck اساسی از دست رفتن اتمه.”
• Neng-Chun Chiu (نویسنده اصلی): “چیزی که ما رو متمایز می‌کنه، ترکیب سه چیز هست – مقیاس، حفظ اطلاعات کوانتومی، و سریع کردن کل فرآیند به اندازه‌ای که مفید باشه.”

این نقل قول‌ها، اعتماد به نفس تیم رو برای مقیاس‌پذیری آینده نشون می‌دن.

چالش‌های غلبه‌شده و چشم‌انداز آینده

چالش اصلی (ناپایداری به خاطر از دست رفتن اتم) با دستکاری دقیق اتم‌ها در سرعت بالا حل شده. همکاری با MIT (به سرپرستی Markus Greiner و Vladan Vuletic) و QuEra (استارت‌آپ هاروارد-MIT) کلیدی بوده، و بودجه از وزارت انرژی آمریکا، IARPA، ارتش، DARPA و NSF تأمین شده.

آینده: تیم می‌خواد این فناوری رو برای محاسبات واقعی اعمال کنه. Lukin می‌گه: “تحقق این رویا حالا برای اولین بار در دید مستقیم ماست. می‌تونید واقعاً یک مسیر مستقیم به سمت تحققش ببینید.” با مقالات اخیر Nature در مورد تصحیح خطا، هدف مقیاس به میلیاردها عملیات در روزها هست – یعنی کامپیوترهای کوانتومی واقعی در افق نزدیک.

نتیجه‌گیری

حل مانع از دست رفتن اتم توسط هاروارد، نه فقط یک پیشرفت فنی، بلکه گام عظیم به سوی محاسبات کوانتومی عملی و پایداره که می‌تونه جهان رو تغییر بده. این خبر نشون‌دهنده سرعت پیشرفت در کوانتومه و می‌تونه الهام‌بخش سرمایه‌گذاری‌های بیشتر بشه.

پرایم سیستم، رهبر فناوری اطلاعات در قزوین و زنجان، با افتخار نمایندگی رسمی معتبرترین برندهای ایران و جهان است:

۱- تخت جمشید:
پرایم سیستم، پیشگام سخت‌افزار، گیمینگ، رندرینگ و لوازم جانبی کامپیوتر

۲- سیناپ:
پرایم سیستم، سیستم‌های AIDC
پیشرو در شناسایی خودکار و جمع‌آوری داده، نرم‌افزارهای انبار و لجستیک و تجهیزات بارکد/RFID برای صنایع تولیدی، خرده‌فروشی و راه‌حل‌های دقیق برای زنجیره تأمین.

۳- ماپرا:
پرایم سیستم، تحول دیجیتال صنعت F&B
نرم‌افزار یکپارچه مدیریت فروش، انبارداری، باشگاه مشتریان و رزرو آنلاین بر پایه فناوری ابری و داده‌محور، همراه هزاران رستوران، کافه و فست‌فود برای مدیریت بدون محدودیت مکان/زمان، افزایش کارایی و هوشمندسازی عملیات.

۴- سخت‌افزار:
پرایم سیستم، پیشتاز قطعات دیجیتال
فروش آنلاین/آفلاین قطعات کامپیوتر و دیجیتال و نمایندگی برندهای ایرانی/خارجی، ارسال به تمام ایران، سیستم‌های گیمینگ/رندرینگ/ماینینگ و تیم اورکلاکر حرفه‌ای. تولید محتوای تخصصی، برترین فروشگاه سخت افزار و نرم افزار قزوین/زنجان.

۵- نیلپر:
پرایم سیستم، تولیدکننده محصولات ارگونومیک، کوله و کیف
تمرکز بر کیفیت، طراحی دانش‌محور و بازارهای اداری/آموزشی/رستورانی. مدیریت استراتژیک برای رضایت مشتری.

۶- زبرآسیا:
پرایم سیستم، فناوری AIDC و بارکد
تسهیل در جمع‌آوری داده بدون خطا با تمرکز بر بارکد و AID، راه‌حل‌های اطلاعاتی برای صنایع، افزایش سرعت/دقت و برنامه‌ریزی منابع. تکیه بر متخصصان داخلی و دانش جهانی، جلب اعتماد مشتریان.

پرایم سیستم | پلتفرم ابری ماپرا، سخت افزار و لوازم جانبی