آزمايشگاه هوش مصنوعي کوانتومي گوگل (Google’s Quantum AI Lab) اخيراً نسل جديد آنچه اولين رايانه‌هاي کوانتومي تجاري ناميده مي‌شود را بارگذاري کرده است.
کامپيوترهاي کوانتومي مي‌توانند مسائل را بسيار سريع تر از کامپيوترهاي معمولي حل کنند و همچنين توان انرژي مورد نياز آن‌ها براي اجراي محاسبات بسيار کمتر از رايانه‌هاي کلاسيک است. اما بازده انرژي يک رايانه‌ي کوانتومي هنوز به طور روشن مشخص نشده است.
امروزه ماشين‌هاي ساخت کمپاني دي ويو (D-Wave) مي‌توانند حجم بالايي از بيت‌هاي کوانتومي که کيوبيت ناميده مي‌شوند را بدون افزايش قابل توجه توان سيستم نمايش دهند. دليل چنين پديده‌اي اين است که در سخت افزارهاي رايانه‌هاي کوانتومي از طراحي‌ها و مهندسي‌هاي ويژه و مهم تر از آن از فلز نئوبيوم استفاده شده است. اين فلز هنگامي که سيستم تا دماي پانزده ميلي کلوين (-273 درجه سانتي گراد) سرد شود به عنوان يک ابر رسانا عمل مي‌کند. بخش عمده‌ي مصرف انرژي سخت افزارهاي ساخته شده در دي ويو مربوط به خنک کننده‌هايي است که وظيفه دارند سيستم را سرد نگه دارند. اين توان در مدل‌هاي اخير سخت افزارهاي کوانتومي عددي معادل 25 کيلووات است.
کولين ويليامز (Colin Williams)، مدير بازاريابي و همکاري‌هاي استراتژيکي سيستم‌هاي دي ويو مي‌گويد: «عملکرد خود پردازنده‌ي کوانتومي به توان بسيار کمي نياز دارد. اين مقدار فقط چند ميکرووات است که در مقايسه با توان مورد نياز سرورها و خنک‌کننده مقداري ناچيز و قابل صرف نظر است.»
ويليامز توضيح مي‌دهد که کامپيوتر کوانتومي جديدي که اخيراً در آزمايشگاه گوگل بارگذاري شده است، ماشين دي ويو 2x نام دارد و با حجم 1000 کيوبيت، دو برابر مدل قبلي‌اش ظرفيت داده دارد. اما حداقل مقدار توان براي پردازنده‌ي اين رايانه مورد نياز است. يعني با اين مقدار کمينه سيستم مي‌تواند به طور کم و بيش يکنواخت به کار خود ادامه دهد و هزاران کيوبيت داده را پردازش کند.
البته نکته‌ي مهمي که درباره‌ي مصرف انرژي وجود دارد اين است که سرماساز کامپيوتر کوانتومي کنوني براي سرد نگه داشتن تعداد زيادي پردازنده‌ي کوانتومي کافي است و احتياج به سرماسازهاي بيشتر به ازاي افزايش تعداد پردازنده‌ها نيست. هم اکنون تنها يک پردازنده در آزمايشگاه گوگل بارگذاري شده است.
ماتياس تروير (Matthias Troyer)، فيزيکدان محاسباتي در ETH شهر زوريخ مي‌گويد: «مانند اين است که شما يک سيستم بزرگ خنک کننده را به رايانه‌ي خانگي خود متصل کرده باشيد. اگر سيستم خود را تعويض کنيد و مدلي جديدتر را به همان خنک کننده وصل کنيد، تغيير زيادي در مصرف انرژي حاصل نمي‌شود، زيرا بيشترين درصد مصرف انرژي متعلق به خنک کننده است که بدون تغيير باقي مانده است.»
در ابتدا افزايش ظرفيت بدون افزايش مصرف انرژي پديده‌اي اميدوار کننده به نظر مي‌رسد، اما اين موضوع اطلاعاتي را درباره‌ي بازده انرژي رايانه‌هاي کوانتومي در مقايسه با کامپيوترهاي معمولي در اختيار ما نمي‌گذارد. در حال حاضر رايانه‌هاي دي ويو مانند کامپيوترهاي خانگي هاي-اند (high-end) هستند. هسته‌ي پردازنده‌ي اين گروه از رايانه‌ها به چند ده وات توان نياز دارند.
تروير مي‌گويد: «در حالي که توان مصرف يکي از مزاياي قابل دفاع رايانه‌هاي کوانتومي است، هنوز ميزان بهينه‌سازي انرژي اين رايانه‌ها نامشخص است. کامپيوترهاي کوانتومي براي رقابت با کامپيوترهاي کلاسيک در بازار مصرف نياز به فهرستي از مزاياي مهم و قابل ترجيح دارند.»
تروير ادامه مي‌دهد: «البته قضاوت ميان کامپيوترهاي کلاسيک و کوانتومي بر اساس ميزان مصرف انرژي اساساً کار صحيحي نيست، زيرا رايانه‌هاي کوانتومي از همان ابتدا هم با هدف ذخيره‌سازي انرژي بيشتر طراحي نشده‌اند. هنگام بررسي نسل‌هاي مختلف رايانه‌ها بايد اين نکته را نيز مد نظر قرار داد.»
اسکات آرانسون (Scott Aaronson)، دانشمند حوزه‌ي محاسبات نظري در دانشگاه MIT و منتقد کامپيوترهاي کوانتومي مي‌گويد: «مزيتي که اين نوع رايانه‌ها دارند انسان را گيج مي‌کند. در حقيقت ما انرژي بسيار زيادي را به سيستم‌هاي سردکننده‌ي پرمصرف مي‌دهيم تا بتوانيم دماي مورد نياز براي برقراري شرايط کوانتومي را تأمين کنيم و به مزيت «اجراي محاسبات با سرعت بسيار بالا» برسيم.»
البته ماشين دي ويو تنها يکي از هزاران مدل رايانه‌ي کوانتومي است که مي‌توانند طراحي و ساخته شوند. اين کامپيوترها به عرصه‌ي ظهور رسيده‌اند تا آزمون و خطا و بهينه سازي‌هاي لازم روي آن‌ها صورت بگيرد و اکنون اين رايانه‌ها دروازه‌ي ورود به دنياي محاسبات کوانتومي محسوب نمي‌شوند. گوگل يکي از کمپاني‌هايي است که با سرمايه گذاري بر اين حوزه، به توسعه‌ي رايانه‌هاي کوانتومي و بهبود نسل به نسل آن‌ها کمک مي‌کند.
در پايان تروير انتظار دارد که به زودي در محاسبات کوانتومي، تعداد کيوبيت‌ها و تعداد دفعه‌هايي که لازم است عملگرها اجرايي شوند با سردسازي مجدد مورد نياز براي سيستم متناسب شوند. او اميدوار است که به زودي راه حلي اساسي براي اين مسئله پيدا شود.
تا هنگامي که مهندسان نتوانند رايانه‌هاي کوانتومي با ظرفيت هزاران و شايد ميليون‌ها کيوبيت بسازند، مزيت‌هاي اين نوع کامپيوترها مشخص نخواهند شد. بالا بردن تعداد کيوبيت‌ها براي هر پردازنده، هدف فعلي کمپاني دي ويو است. به دليل چالش‌هاي مهم موجود در اين حوزه، بسياري از دانشمندان رويکرد بسيار کندتري را براي ساخت رايانه‌هاي کوانتومي‌تصور مي‌کردند.
دانشمندان حوزه‌ي محاسبات رايانه‌اي و محاسبات کوانتومي در کمپاني دي ويو و آزمايشگاه ها و مراکز پژوهشي مستقل اميدوارند که بتوانند با ساخت رايانه‌هاي کوانتومي کارآمدتر، بهره‌برداري لازم را از دنياي شبح‌وار فيزيک کوانتومي ببرند و رايانه‌هاي کوانتومي‌را جايگزين رايانه‌هاي کلاسيک کنند.
تروير مي‌گويد: «اگر يک رايانه‌ي کوانتومي بتواند يک مسئله را در زمان بسيار کوتاه‌تري حل کند، پس مي‌تواند در زمينه‌ي توان مصرفي انرژي نيز برنده‌ي رقابت با رايانه‌ي کلاسيک باشد.»
منبع:
منابع مفید:
رمزنگاری کوانتمی: ۱ - ۲ - ۳