موفقیت یک کامپیوتر کلاسیک در انجام وظیفه کوانتومی

یک کامپیوتر کلاسیک در ژانویه ۲۰۲۴ توانست یک وظیفه را که در گذشته تصور می‌شد فقط به فناوری کوانتومی اختصاص دارد، بهتر انجام دهد.

به گزارش تک‌ناک، پژوهشگران در مرکز فیزیک کوانتومی محاسباتی مؤسسه Flatiron (CCQ) به دستاوردی مهم در فهم قابلیت‌های هر دو کامپیوتر کوانتومی و کلاسیک رسیدند و با موفقیت خود در سال۲۰۲۴، جامعه علمی راشگفت‌زده کردند.

اکنون، آنها مطالعه‌ای را منتشر کرده‌اند که در آن توضیح می‌دهند چگونه این موفقیت را به دست آوردند.

جوزف تیندال، نویسنده اصلی و پژوهشگر در CCQ، در یک بیانیه مطبوعاتی گفت: «این یافته غیرمنتظره به دانشمندان کمک می‌کند تا بهتر درک کنند که قابلیت‌های کامپیوترهای کوانتومی و کلاسیک کجا از یکدیگر جدا می‌شوند و چارچوبی برای آزمایش شبیه‌سازی‌های جدید کوانتومی فراهم می‌کند.»

رمزگشایی مسئله کوانتومی

تیم پژوهشی جزئیات پیچیدگی‌های مسئله کوانتومی که با آن مواجه بودند را تشریح کرده است. این مسئله شامل یک سیستم دو‌بعدی از مغناطیس‌های وارونه بود، که یک حالت پیچیده است و در ظاهر به قابلیت‌های منحصربه‌فرد یک کامپیوتر کوانتومی نیاز داشت.

اما آنها پدیده شگفت‌آوری به نام «حبس» را کشف کردند. این رفتار که اغلب در سیستم‌های یک‌بعدی مشاهده می‌شود، به‌طور مؤثری رشد درهم‌تنیدگی را محدود می‌کند. درهم‌تنیدگی کوانتومی ارتباط عجیب بین ذرات است، جایی که آنها به‌ شکلی ناگسستنی با هم مرتبط می‌شوند و دارای یک سرنوشت مشترک هستند، بدون توجه به اینکه چقدر از هم فاصله دارند.

این همان درهم‌تنیدگی است که اغلب باعث می‌شود سیستم‌های کوانتومی برای شبیه‌سازی با کامپیوترهای کلاسیک بسیار دشوار باشند.

در بیانیه مطبوعاتی آمده است: «در حالی که محاسبات کلاسیک به عملیات باینری از صفر و یک محدود هستند، کامپیوترهای کوانتومی می‌توانند از کیوبیت‌ها بهره بگیرند، که می‌توانند هم‌زمان 0 و 1 را نمایان کنند و اطلاعات را به شیوه‌ای متفاوت پردازش نمایند.

اثر حبس برای کوانتوم

قابل توجه است که اثر حبس ناشی از محدودیت‌های انرژی در سیستم کوانتومی بسته تحت بررسی است. این انرژی محدود، به نوبه خود تعداد مغناطیس‌هایی که می‌توانند وارونه شوند را محدود می‌کند، که به صورت مستقیم رشد درهم‌تنیدگی را محدود می‌سازد.

این موضوع اجازه داد تا کامپیوتر کلاسیک بتواند رفتار سیستم را به‌طور مؤثری شبیه‌سازی کند و در این فرایند از رقیب خود پیشی بگیرد.

تیندال عنوان کرد: «مرزی وجود دارد که تعیین می‌کند چه کارهایی می‌توان با محاسبات کوانتومی انجام داد و چه کارهایی با کامپیوترهای کلاسیک انجام می‌شود. در حال حاضر، این مرز بسیار مبهم است. فکر می‌کنم کار ما کمک می‌کند تا این مرز کمی واضح‌تر شود.»

پیش‌زمینه تحقیق

در ژوئن 2023، محققان IBM مقاله‌ای منتشر و ادعا کردند که شبیه‌سازی یک سیستم پیچیده را با استفاده از کامپیوتر کوانتومی انجام داده‌اند. به گفته آنها، حل این مسئله با کامپیوتر کلاسیک امکان‌پذیر نبود.

با وجود این، تیندال و همکاران او با موفقیت همان مسئله را با استفاده از کامپیوتر کلاسیک در عرض تنها دو هفته حل کردند.

تیندال گفت: «ما بسیاری از ایده‌ها را به روشی مختصر و زیبا گرد هم آوردیم که مسئله را قابل حل کرد.»

چارچوبی برای آزمایش

این کشف غیرمنتظره نه تنها یک چارچوب برای آزمایش شبیه‌سازی‌های جدید کوانتومی ارائه می‌دهد، بلکه نشان می‌دهد که حبس ممکن است ویژگی دیگر سیستم‌های دوبعدی باشد.

جالب است که این موضوع همیشه باعث کنجکاوی بزرگی بوده است که چرا و چه زمانی درهم‌تنیدگی به سرعت رشد می‌کند و چه زمانی اینطور نیست.

تیندال اعلام کرد: «این آزمایش به ما درک خوبی از نمونه‌ای می‌دهد که در آن به دلیل مدل استفاده شده و ساختار دوبعدی پردازنده کوانتومی، درهم‌تنیدگی بزرگ‌مقیاس را مشاهده نمی‌کنیم.»