پژوهشگران مؤسسه فناوری کالیفرنیا (Caltech) به «مسائل فوقچندجملهای» دست یافتند که حتی پیشرفتهترین رایانه کوانتومی نیز قادر به حل آنها نیست.
به گزارش تکناک، این پژوهشگران به سرپرستی «توماس شوستر» توانستهاند نوعی مسئله را شناسایی کنند که هیچ رایانهای حتی از نوع کوانتومی نمیتواند آن را در زمانی معقول حل کند.
این یافتهها در پایگاه علمی arXiv منتشر شده است و نگاه تازهای به محدودیتهای واقعی محاسبات کوانتومی ارائه میدهد.
رایانههای کوانتومی سالها است به عنوان ابزارهایی شناخته میشوند که میتوانند مسائلی را حل کنند که ابرکامپیوترهای کلاسیک از انجام آنها ناتوان هستند. این ماشینها با استفاده از کیوبیتها و پدیدههایی مانند برهمنهی و درهمتنیدگی قادر هستند میلیونها حالت را همزمان پردازش کنند. با وجود این، پژوهش جدید Caltech نشان داده است که قدرت آنها نیز مرز دارد. موضوع مورد بررسی در این تحقیق، تشخیص فازهای ماده از حالتهای ناشناخته کوانتومی است؛ مسئلهای که بهطور ذاتی از دسترس الگوریتمهای کلاسیک و کوانتومی خارج است.
در جهان کوانتومی، بهویژه در دماهای نزدیک به صفر مطلق، ماده وارد فازهایی میشود که تنها با قوانین مکانیک کوانتومی قابل توصیف هستند. این فازها شامل انواع توپولوژیک و غیرتعادلی هستند که هر یک ویژگیهای خاص خود را دارند. دانشمندان میگویند که شناسایی و درک این فازها نهتنها برای فهم عمیقتر فیزیک اهمیت دارد، بلکه برای توسعه فناوریهای آینده در حوزههایی مانند مواد پیشرفته و محاسبات کوانتومی ضروری است. اما بررسی دقیق آنها دشوار است، چرا که هرچه «طول همبستگی» یا فاصله تأثیر ذرات بر یکدیگر در یک سیستم کوانتومی بیشتر شود، تشخیص فازهای ماده پیچیدهتر و زمانبرتر میگردد.
بیشتر بخوانید: پرتاب نخستین کامپیوتر کوانتومی ماهوارهای جهان به فضا
نتایج این تحقیق نشان میدهد که وقتی طول همبستگی، که با نماد ξ نمایش داده میشود، سریعتر از لگاریتم اندازه سیستم رشد کند، زمان محاسبه بهصورت نمایی افزایش مییابد. این افزایش باعث میشود مسئله وارد محدودهای شود که به آن «فوقچندجملهای» گفته میشود؛ یعنی هیچ الگوریتم کارآمدی نمیتواند پاسخ مسئله را در زمانی قابلقبول بیابد. به این ترتیب، حتی رایانه کوانتومی که میلیونها کیوبیت دارد نیز در مواجهه با چنین مسائلی ناتوان خواهد بود.
پژوهشگران در ادامه توضیح دادهاند که برخی از حالتهای کوانتومی و کلاسیک، با وجود داشتن فازهای مشخص، هیچ آزمایش کوانتومی کارآمدی برای شناسایی آنها ندارند. این یافتهها به محدودیتهای بنیادین در توانایی انسان برای مشاهده و درک واقعیت فیزیکی اشاره دارد. شوستر و همکاران او پیشتر نیز در پژوهشی دیگر به این نتیجه رسیده بودند که ویژگیهایی مانند: زمان تحول، ساختار علی و میزان تصادفی بودن در سامانههای کوانتومی ممکن است اساساً از حوزه اندازهگیری انسانی فراتر باشد.
بیشتر بخوانید: ابرکامپیوتر کوانتومی IBM Starling با قابلیت اجرای ۱۰۰ میلیون عملیات رونمایی شد
به باور تیم پژوهشی، این کشف نه تنها مرزهای فیزیک نظری را بازتعریف میکند، بلکه مفهوم قدرت محاسباتی در جهان را نیز به چالش میکشد. در عین حال، آنها بر این نکته تأکید دارند که هنوز میتوان راههایی برای درک بهتر این محدودیتها پیدا کرد. گام بعدی تحقیقات میتواند شناسایی عواملی باشد که تشخیص فازهای ماده را در عمل سادهتر میکند، یا روشهایی تازه برای استفاده از این شناخت در سامانههای واقعی کوانتومی طراحی شوند.
این مطالعه در نهایت تصویری واقعبینانه از آینده محاسبات کوانتومی ارائه میدهد؛ آیندهای که در آن، حتی هوشمندترین ماشینهای ساختهشده توسط بشر نیز به مرزهایی خواهند رسید که از درک و توان آنها فراتر است.
