رايانش كوانتومي؛ رقابت بر سر ثانيه‌ها
كامران مشفق آراني
كامپيوترهاي كوانتومي در حال حاضر در مراحل آغازين از پيشرفت قرار دارند، اين پيشرفت‌ها در حوزه‌هاي مختلف از جمله سخت‌افزار، نرم‌افزار و الگوريتم‌ها در حال رخ دادن هستند. در اينجا به برخي از مراحل پيشرفت كامپيوترهاي كوانتومي در حوزه‌هاي مختلف اشاره مي‌كنيم؛ مثلا در زمينه توسعه سخت‌افزار شركت‌هاي فناوري بزرگ مانند اي‌بي‌ام، گوگل و اينتل در حال توسعه و بهبود ساختارهاي سخت‌افزاري براي توليد تجاري كامپيوترهاي كوانتومي هستند. آنها سعي در ساخت كيوبيت‌هاي بيشتر، بهبود دقت آنها و ثبات كيوبيت‌ها و افزايش قدرت محاسباتي پردازنده‌هاي مبتني بر قوانين كوانتوم دارند. در حوزه نرم‌افزار همچنين توسعه نرم‌افزارهاي مناسب براي معماري كامپيوترهاي مبتني بر پردازش كوانتومي با سرعت تقريبا در تمام دنيا در جريان است. طراحي و توسعه زبان‌هاي برنامه‌نويسي كوانتومي مانند Qiskit و Cirq، كتابخانه‌هاي نرم‌افزاري براي تحليل و شبيه‌سازي كوانتومي و ساختارهاي برنامه‌ريزي متن‌باز مانند OpenQASM، از جمله پيشرفت‌هاي مهم در اين زمينه هستند كه در آينده نزديك در خبرها از آنها بيشتر خواهيم شنيد. لازم به ذكر است الگوريتم‌ها هم از زيرمجموعه‌هاي وابسته به اين قلمرو هستند، طراحي الگوريتم‌هاي بهينه براي مسائل كوانتومي نيز رشد فزاينده‌اي يافته‌اند. به عنوان نمونه الگوريتم‌هاي معروفي مانند الگوريتم شور و الگوريتم گروور در حال توسعه و بهبود هستند. همچنين، الگوريتم‌هاي جديدي مختص اين رايانه‌ها ابداع شده است، مانند الگوريتم‌هاي مبتني بر ماشين يادگيري كوانتومي و الگوريتم‌هاي بهينه‌سازي كوانتومي كه در نقطه آغاز پژوهش و توسعه آنها قرار داريم. اگر چه كامپيوترهاي كوانتومي هنوز براي كاربردهاي گسترده تجاري استفاده نمي‌شوند، اما اين پيشرفت‌ها نشان مي‌دهند كه در آينده قابليت‌ها و كاربردهاي بيشتري براي آنها پيش‌بيني مي‌شود. بسياري از كشورها در جهان در حال فعاليت حرفه‌اي در اين حوزه هستند، مي‌توانيم آنان را به پنج دسته از منظر جغرافيايي و سياسي تقسيم كنيم. نخست ايالات متحده امريكا كه به عنوان يكي از پيشروترين كشورها در جهان در زمينه فناوري و علم، سرمايه‌گذاري قابل توجهي در تحقيقات و توسعه رايانه‌هاي كوانتومي انجام داده است. در رتبه دوم كشور كانادا است، كانادايي‌ها نيز يكي از ملت‌هاي پيشرو در زمينه دانش رايانه‌هاي كوانتومي هستند، دانشگاه واترلو در اين كشور يكي از مراكز تحقيقاتي بسيار معتبر است. مقالات بسياري را در زمينه‌هاي تكنولوژي‌هاي جديد خصوصا فناوري‌هاي كامپيوتري سالانه منتشر مي‌كند. يكي از مهم‌ترين دستاوردهاي دانشگاه واترلو در حوزه كامپيوتر كوانتومي، توسعه و طراحي زبان برنامه‌نويسي كوانتوميQ# است. Q# يك زبان برنامه‌نويسي متن باز براي كامپيوترهاي كوانتومي است كه توسط محققان و مهندسان در اين دانشگاه توسعه و معرفي شده است. با استفاده از Q#، برنامه‌نويسان قادرند الگوريتم‌هاي كوانتومي پيچيده را با سطوح بالا از انتزاع و قابليت استفاده طراحي كنند. اين زبان امكان انجام محاسبات كوانتومي، شبيه‌سازي و توسعه برنامه‌هاي كوانتومي را در يك محيط يكپارچه فراهم مي‌كند. همچنين، Q# به عنوان زباني تخصصي براي كامپيوترهاي كوانتومي، امكان استفاده از عملگرها، تركيبات و ساختارهاي مخصوص كوانتوم را به برنامه‌نويسان مي‌دهد. اين تنها يك نمونه بارز از تلاش كانادايي‌ها براي كسب رتبه در اين نبرد تكنولوژيك است. رتبه سوم طبيعتا چيني‌ها خواهند بود، اگرچه آنها به لحاظ سرمايه‌گذاري روي كاغذ دومين سرمايه‌گذار پس از ايالات متحده هستند، اما به لحاظ پيشرفت و ميزان تأثير‌گذاري رتبه سوم را دارند. چيني‌ها با استفاده از بودجه بزرگي كه در تحقيقات و توسعه فناوري سرمايه‌گذاري مي‌كنند، در حال توسعه رايانه‌هاي كوانتومي با معماري منحصر به فرد خودشان هستند. از شركت‌هاي چيني كه فعاليت گسترده‌اي در اين زمينه دارند مي‌توان وب‌سايت علي‌بابا و كمپاني بزرگ هواوي را مثال زد. در حوزه رايانش كوانتومي، هواوي تلاش‌هاي قابل توجهي را آغاز كرده است. در سال ۲۰۱۸، هواوي اولين تراشه كوانتمي تجاري خود را با نام HiQ را معرفي كرد. اين تراشه براي حل مسائل پيچيده‌تر در حوزه‌هايي مانند شبيه‌سازي، بهينه‌سازي و تحليل داده‌هاي بزرگ طراحي شده است، علاوه بر اين، هواوي در تحقيقات بنيادي و پيشرفته در حوزه كامپيوترهاي كوانتومي سرمايه‌گذاري كرده است و همكاري‌هايي با دانشگاه‌ها مطرح جهان و موسسات تحقيقاتي شاخص داشته است. اين تلاش‌ها نشان از تمركز هواوي بر توسعه فناوري كوانتومي و تحقق اهداف آينده‌نگرانه در اين زمينه دارد. با اين حال، بايد توجه داشت كه به دليل تحريم‌هاي بين‌المللي و محدوديت‌هايي كه براي هواوي در سطح جهان به وجود آمده، اطلاعات كامل و جزیي در مورد پيشرفت‌ها و دستاوردهاي جديد شركت در حوزه رايانش كوانتومي در دسترس عموم قرار ندارد. رتبه چهارم به استراليا مي‌رسد؛ استراليا نيز در حوزه دانش رايانه‌هاي كوانتومي پيشرفت‌هايي داشته است. دانشگاه‌هاي مانند دانشگاه نيوساوت‌ولز و دانشگاه كوئينزلند در استراليا در اين زمينه فعاليت دارند و در آخر و در رتبه پنجم كشورهاي اروپايي و اتحاديه اروپا قرار دارد. در تحقيقات و توسعه رايانه‌هاي كوانتومي اروپايي‌ها نسبت به ساير رقبا فعاليت كمتري دارند. تنها دو موسسه و دانشگاه به‌صورت مطرح در سطح جهان ابراز وجود كرده‌اند؛ يكي موسسه ماكس پلانك با محوريت تحقيق فيزيك كوانتومي در آلمان و ديگري دانشگاه آكسفورد در انگلستان.