مایکروسافت ماده‌ای جدید برای تأمین انرژی رایانه‌های کوانتومی ایجاد کرد

1

مایکروسافت اعلام کرده است که حالتی جدید از ماده را توسعه داده که می‌تواند در رایانش کوانتومی انقلابی ایجاد کند. این فناوری با ترکیب نیمه‌هادی‌ها و ابررساناها، پایداری بیشتری نسبت به سایر سیستم‌های کوانتومی ارائه می‌دهد. اما مهم‌ترین تفاوت آن، نزدیک‌تر کردن آینده رایانه‌های کوانتومی به زمان حال است.

هرکسی که درس علوم پایه را در کلاس سوم خوانده باشد، می‌داند که ماده دارای سه حالت اصلی است: جامد، مایع و گاز. اما اکنون مایکروسافت ادعا می‌کند که در مسیر ساخت ماشینی قدرتمند به نام رایانه کوانتومی، حالتی جدید از ماده را کشف کرده است. این فناوری می‌تواند پیشرفت‌هایی را در زمینه‌های مختلف، از باتری‌ها گرفته تا داروسازی و هوش مصنوعی، سرعت ببخشد.

روز چهارشنبه، دانشمندان مایکروسافت اعلام کردند که آن‌ها بر اساس این فاز جدید از وجود فیزیکی، چیزی به نام “کیوبیت توپولوژیک” ساخته‌اند که می‌تواند برای حل مسائل ریاضی، علمی و فناوری مورد استفاده قرار گیرد.

با این پیشرفت، مایکروسافت در حال فراتر رفتن از رقابت فعلی در زمینه هوش مصنوعی و ورود به مرحله بعدی مسابقه فناوری است. از دهه ۱۹۸۰، دانشمندان رویای ساخت رایانه‌های کوانتومی را در سر داشته‌اند؛ دستگاه‌هایی که می‌توانند از رفتارهای عجیب و بسیار قدرتمند ذرات زیراتمی یا اجسام بسیار سرد بهره ببرند.

در ماه دسامبر، گوگل یک رایانه کوانتومی آزمایشی معرفی کرد که تنها در پنج دقیقه محاسباتی را انجام داد که تکمیل آن برای اکثر ابررایانه‌های موجود ۱۰ سپتیلیون سال (مدت‌زمانی طولانی‌تر از عمر شناخته‌شده جهان) طول می‌کشید.

اکنون، فناوری کوانتومی مایکروسافت ممکن است از روش‌هایی که در گوگل توسعه داده می‌شود، فراتر رود. این شرکت، به‌عنوان بخشی از تحقیقات خود، نوع جدیدی از تراشه‌های رایانه‌ای را ساخته است که نیمه‌هادی‌های قدرتمند رایانه‌های کلاسیک را با ابررساناهای مورد استفاده در ساخت رایانه‌های کوانتومی ترکیب کرده است.

مایکروسافت معتقد است که زمانی که این تراشه تا دماهای فوق‌العاده پایین سرد شود، به شیوه‌هایی غیرمعمول و قدرتمند عمل خواهد کرد که امکان حل مسائل علمی، ریاضی و فناوری را که رایانه‌های کلاسیک هرگز قادر به حل آن‌ها نیستند، فراهم می‌کند. این شرکت ادعا می‌کند که این فناوری نسبت به سایر فناوری‌های کوانتومی، ثبات بیشتری دارد و در نتیجه استفاده از آن آسان‌تر خواهد بود.

چالش‌ها و تردیدها

برخی از دانشمندان در مورد اینکه آیا مایکروسافت واقعاً به این نقطه عطف رسیده است، تردید دارند. بسیاری از محققان برجسته اعتقاد دارند که رایانه‌های کوانتومی تا چندین دهه دیگر به‌طور کامل عملی نخواهند شد. بااین‌حال، دانشمندان مایکروسافت معتقدند که روش آن‌ها می‌تواند آن‌ها را سریع‌تر به خط پایان برساند.

چتان نایاک (Chetan Nayak)، یکی از متخصصان فنی مایکروسافت که تیم توسعه این فناوری را رهبری می‌کند، گفت: “ما این را چیزی نمی‌بینیم که دهه‌ها با آن فاصله داشته باشیم، بلکه تنها چند سال دیگر به تحقق آن نزدیک هستیم.”

مایکروسافت و رقابت در عرصه فناوری

تحقیقات مایکروسافت، که جزئیات آن روز چهارشنبه در مجله علمی Nature منتشر شد، رقابت در حوزه فناوری را با شتاب بیشتری روبرو می‌کند. رایانه‌های کوانتومی، علاوه بر تسریع پیشرفت در بسیاری از زمینه‌های علمی و فناوری، می‌توانند آن‌قدر قدرتمند باشند که رمزنگاری‌هایی را که برای حفاظت از اسرار ملی استفاده می‌شوند، بشکنند.

چنین پیشرفت‌هایی می‌تواند پیامدهای ژئوپلیتیکی قابل‌توجهی داشته باشد. درحالی‌که ایالات متحده در حال تحقیق روی رایانش کوانتومی عمدتاً از طریق شرکت‌هایی مانند مایکروسافت و چند استارتاپ است، دولت چین اعلام کرده که ۱۵.۲ میلیارد دلار در این فناوری سرمایه‌گذاری خواهد کرد. اتحادیه اروپا نیز ۷.۲ میلیارد دلار برای توسعه آن اختصاص داده است.

رایانش کوانتومی که بر اساس دهه‌ها تحقیق در زمینه مکانیک کوانتومی بنا شده، همچنان یک فناوری آزمایشی محسوب می‌شود. بااین‌حال، پس از گام‌هایی که اخیراً توسط مایکروسافت، گوگل و دیگران برداشته شده است، دانشمندان اطمینان دارند که این فناوری سرانجام به وعده‌های خود عمل خواهد کرد.

فرانک ویلچک (Frank Wilczek)، فیزیکدان نظری از مؤسسه فناوری ماساچوست (MIT)، گفت: “رایانش کوانتومی یک احتمال هیجان‌انگیز برای فیزیک و جهان است.”

رایانش کوانتومی چگونه کار می‌کند؟

برای درک رایانش کوانتومی، دانستن نحوه عملکرد رایانه‌های سنتی کمک‌کننده است. گوشی‌های هوشمند، لپ‌تاپ‌ها و رایانه‌های رومیزی اغلب از تراشه‌های کوچک ساخته‌شده از نیمه‌هادی‌ها استفاده می‌کنند، موادی که در برخی شرایط برق را هدایت می‌کنند. این تراشه‌ها داده‌ها را ذخیره و پردازش می‌کنند، آن‌ها را جمع، ضرب و تحلیل می‌کنند. این پردازش‌ها از طریق بیت‌های اطلاعاتی انجام می‌شود که هر بیت مقدار ۱ یا ۰ دارد.

اما رایانه‌های کوانتومی به شیوه‌ای متفاوت کار می‌کنند. یک بیت کوانتومی یا کیوبیت بر اساس رفتارهای جالب ذرات زیراتمی یا موادی که به دماهای فوق‌العاده پایین سرد شده‌اند، عمل می‌کند.

هنگامی که یک جسم بسیار کوچک یا بسیار سرد می‌شود، می‌تواند هم‌زمان مانند دو جسم مجزا رفتار کند. دانشمندان از این رفتار برای ساخت کیوبیت‌هایی استفاده می‌کنند که می‌توانند ترکیبی از ۱ و ۰ را در خود نگه دارند. این بدان معناست که دو کیوبیت می‌توانند هم‌زمان چهار مقدار را ذخیره کنند و با افزایش تعداد کیوبیت‌ها، قدرت یک رایانه کوانتومی به‌طور تصاعدی افزایش می‌یابد.

رویکرد متفاوت مایکروسافت

شرکت‌های مختلف از روش‌های متفاوتی برای ساخت این ماشین‌ها استفاده می‌کنند. در ایالات متحده، بیشتر شرکت‌ها، از جمله گوگل، کیوبیت‌هایی را با استفاده از ابررساناها – موادی که بدون از دست دادن انرژی، برق را هدایت می‌کنند – می‌سازند. برای ایجاد این ابررساناها، آن‌ها فلزات را تا دماهای بسیار پایین سرد می‌کنند.

اما مایکروسافت رویکردی را اتخاذ کرده که تنها تعداد کمی از محققان از آن پیروی کرده‌اند: ترکیب نیمه‌هادی‌ها با ابررساناها. اصل اولیه – همراه با نام “کیوبیت توپولوژیک” – برای اولین بار در سال ۱۹۹۷ توسط فیزیکدان روسی-آمریکایی، الکسی کیتایف (Alexei Kitaev)، مطرح شد.

مایکروسافت در اوایل دهه ۲۰۰۰، زمانی که بسیاری از پژوهشگران چنین فناوری‌ای را غیرممکن می‌دانستند، کار روی این پروژه غیرمعمول را آغاز کرد. این یکی از طولانی‌ترین پروژه‌های تحقیقاتی این شرکت است.

ساتیا نادلا (Satya Nadella)، مدیرعامل مایکروسافت، در مصاحبه‌ای گفت: “این پروژه چیزی است که هر سه مدیرعامل اخیر شرکت روی آن شرط‌بندی کرده‌اند.” (مدیران قبلی مایکروسافت، بیل گیتس، بنیان‌گذار شرکت، و استیو بالمر، که در اوایل دهه ۲۰۰۰ مایکروسافت را رهبری می‌کرد، بودند).

این شرکت اکنون دستگاهی را توسعه داده که از ترکیبی از ایندیوم آرسنید (یک نوع نیمه‌هادی) و آلومینیوم (یک ابررسانای دماپایین) ساخته شده است. زمانی که تا حدود منفی ۴۰۰ درجه فارنهایت سرد شود، رفتارهای عجیبی از خود نشان می‌دهد که می‌تواند رایانه‌های کوانتومی را امکان‌پذیر کند.

فیلیپ کیم (Philip Kim)، استاد فیزیک در دانشگاه هاروارد، گفت که کشف جدید مایکروسافت اهمیت زیادی دارد، زیرا کیوبیت‌های توپولوژیک می‌توانند توسعه رایانه‌های کوانتومی را تسریع کنند. او گفت: “اگر همه چیز طبق برنامه پیش برود، تحقیقات مایکروسافت می‌تواند انقلابی باشد.”