گوگل ادعا می‌کند که تراشه کوانتومی جدیدش، Willow، به «برتری کوانتومی» قابل‌تأییدی دست یافته است و محاسباتی را ۱۳,۰۰۰ برابر سریع‌تر از قدرتمندترین ابرکامپیوترهای امروزی انجام می‌دهد. طراحی این تراشه ابررسانا می‌تواند سرانجام محاسبات کوانتومی را وارد استفاده عملی در هوش مصنوعی، علم مواد و پزشکی کند.
گوگل از یک پیشرفت بزرگ در تلاش خود برای دستیابی به محاسبات کوانتومی قابل‌استفاده خبر داده است. طبق گزارش‌ها، پردازنده Willow یک الگوریتم پیچیده به نام Quantum Echoes را حدود ۱۳,۰۰۰ برابر سریع‌تر از سریع‌ترین ابرکامپیوترهای کلاسیک فعلی اجرا کرده است.
تراشه Willow نشان‌دهنده یک جهش قابل‌توجه نسبت به پیشرفت گوگل با تراشه Sycamore در سال ۲۰۱۹ است. برخلاف Sycamore، تراشه ابررسانای جدید دارای ارزش واقعی در دنیای واقعی است. طبق نتایج منتشرشده در مجله Nature، این تراشه کاربرد خود را در توسعه هوش مصنوعی، مدل‌سازی شیمیایی و تحقیقات پیشرفته مواد نشان داده است.
تراشه کوانتومی Willow گوگل
تراشه Willow از ۱۰۵ کیوبیت (qubit) ابررسانا استفاده می‌کند (کیوبیت مخفف بیت کوانتومی، واحد پایه اطلاعات در محاسبات کوانتومی است؛ این واحد مشابه بیت در محاسبات کلاسیک است). هر کیوبیت به‌عنوان یک اتم ساختگی عمل می‌کند و می‌تواند اطلاعات را در حالت برهم‌نهی (superposition) یا چندین حالت به‌طور همزمان نگهداری کند.
هنگامی که کیوبیت‌ها درهم‌تنیده (entangle) می‌شوند (حالتی که در آن دو یا چند کیوبیت بر یکدیگر تأثیر می‌گذارند، صرف‌نظر از فاصله بین آن‌ها)، اطلاعات کوانتومی را به‌صورت آنی منتقل می‌کنند. این امر پردازنده را قادر می‌سازد تا چندین راه‌حل را به‌طور همزمان تجزیه‌وتحلیل کند.
سیستم‌های کوانتومی باید پایدار باشند تا یک رابطه قابل‌پیش‌بینی بین حالت‌های کوانتومی خود در طول زمان حفظ کنند. از این‌رو، گوگل Willow را طوری طراحی کرده است که در دمای نزدیک به صفر مطلق کار کند تا از تداخل گرما و ارتعاشات جلوگیری نماید.
معماری تراشه برای سرعت و دقت بهینه‌سازی شده است و این آزمایش، دقت گیت (Gate fidelity) تک‌کیوبیتی ۹۹.۹۷ درصد و گیت‌های درهم‌تنیده ۹۹.۸۸ درصد را گزارش کرده است. (دقت گیت معیاری است که نشان می‌دهد یک گیت کوانتومی در مقایسه با نسخه ایده‌آل و بدون خطای خود چگونه عمل می‌کند. هرچه به ۱۰۰ درصد نزدیک‌تر باشد، بیشتر شبیه مدل نظری خود رفتار می‌کند). این باعث می‌شود Willow برای اجرای الگوریتم‌های کوانتومی در مقیاس بزرگ ایده‌آل باشد.
پروژه Willow به‌دلیل قابل‌تأیید بودن (verifiability) آن خاص است. به‌لطف قابلیت تأیید نتایج الگوریتم Quantum Echoes در ماشین‌ها یا شرایط آزمایشگاهی مختلف، گوگل توانست الزامات کلیدی برای ادعای برتری کوانتومی را برآورده کند.
الگوریتم Quantum Echoes به محققان کمک می‌کند تا رفتار مولکولی، پیوندهای شیمیایی و ساختارهای الکترونیکی را دقیق‌تر از شبیه‌سازی‌های کلاسیک مدل‌سازی کنند. این تراشه یک ابرکامپیوتر را قدرت بخشید که این الگوریتم را حل کرد و نتایج را در یک سیزده‌هزارم (۱/۱۳,۰۰۰) زمانی که یک ابرکامپیوتر کلاسیک نیاز دارد، ارائه داد.
همان‌طور که تام اوبراین، محقق گوگل گفت، تکرارپذیری Willow چیزی است که پیشرفت‌های نظری و عملی را از هم جدا می‌کند. او اظهار داشت: «اگر نتوانیم ثابت کنیم که داده‌ها درست هستند، نمی‌توانیم کاری با آن انجام دهیم.»
نقشه‌راه تراشه کوانتومی گوگل
تراشه ابررسانای Willow می‌تواند زمانی را که دانشمندان برای شبیه‌سازی سیستم‌های بیولوژیکی نیاز دارند، به‌میزان قابل‌توجهی کاهش دهد. همچنین این پتانسیل را دارد که سناریوهایی را مدیریت کند که در آن‌ها محاسبات کلاسیک از تولید مجموعه داده‌های دقیق باز می‌ماند.
پردازنده گوگل همچنین می‌تواند در طراحی مواد جدید و آموزش سیستم‌های هوش مصنوعی کارآمد از نظر داده به‌کار رود. اگر این پیشرفت بیشتر تأیید شود، می‌تواند محاسبات کوانتومی را به آستانه عملی بودن و مقیاس‌پذیری در حل مشکلات صنعتی برساند.
به‌نظر شما، آیا این پیشرفت می‌تواند آغازی برای ورود واقعی کامپیوترهای کوانتومی به زندگی روزمره ما باشد؟
