امروز، تیم هوش مصنوعی کوانتومی گوگل Willow رونمایی کردیک تراشه محاسباتی کوانتومی پیشرفته که توانایی نه تنها تصحیح تصاعدی خطاها، بلکه پردازش محاسبات خاص را سریعتر از ابررایانه ها در بازه های زمانی شناخته شده در فیزیک نشان داده است.
این یک نقطه عطف مهم در سفر تیم هوش مصنوعی کوانتومی برای ایجاد یک کامپیوتر کوانتومی قابل اعتماد است که می تواند دانش بشر را به نفع همه مردم گسترش دهد. کوانتوم یک رویکرد جدید برای محاسبات است، جایی که مردم در حال ساخت ماشینهایی هستند که از مکانیک کوانتومی – زبان اساسی جهان – برای عبور از محدودیتهای محاسبات کلاسیک استفاده میکنند.
قدم به داخل آزمایشگاه هوش مصنوعی کوانتومی گوگل برای کسب اطلاعات بیشتر در مورد نحوه عملکرد محاسبات کوانتومی و درک شش مفهوم کلیدی کوانتومی.
۱. محاسبات کوانتومی: چرا هر چیز دیگری “محاسبات کلاسیک” است
محاسبات کوانتومی یک سبک کاملاً جدید از محاسبات است. اکثر مردم با محاسبات کلاسیک آشنا هستند: ارقام دودویی (یا «بیتها») که میتوانند ۱ یا ۰ باشند، که همه چیز را از ماشینحسابهای نموداری گرفته تا مراکز داده عظیم نیرو میدهند و تقریباً زیربنای تمام نوآوریهای دیجیتال در نیم قرن گذشته هستند. .
محاسبات کوانتومی متفاوت است. محاسبات کوانتومی به جای استفاده از بیتهای کلاسیک، از بیتهای کوانتومی یا «کیوبیت» استفاده میکند.
۲. کیوبیت ها: بلوک های سازنده محاسبات کوانتومی
کیوبیت ها بر اساس قوانین فیزیک کوانتومی رفتار می کنند. به جای محدود شدن به “یا/یا” دودویی ۱ و ۰، آنها می توانند به عنوان ترکیبی از هر دو وجود داشته باشند. کیوبیت ها می توانند اطلاعات را در برهم نهی (چند حالت به طور همزمان) ۰ و ۱ ذخیره کنند. همچنین می توانند با یکدیگر درگیر شوند تا ترکیبات پیچیده تری ایجاد کنند – به عنوان مثال، دو کیوبیت می توانند در ترکیبی از ۰۰، ۰۱، ۱۰ و ۱۱. هنگامی که تعداد زیادی کیوبیت را با هم درهم میکشید، تعداد زیادی از حالتها را باز میکنید که میتوانند در آن قرار بگیرند، که به شما قدرت محاسباتی زیادی میدهد. این دو ویژگی خاص، رایانههای کوانتومی را با قدرت فوقالعادهای برای حل برخی از دشوارترین مسائل، بسیار سریعتر از رایانههای معمولی و کلاسیک، فراهم میکنند.
۳. ساخت: چگونه تیم هوش مصنوعی کوانتومی تراشه هایی برای کیوبیت ها می سازد
بر خلاف تراشههای محاسباتی کلاسیک – که توسط یک صنعت بزرگ و با سابقه تولید میشوند – کوانتوم آنقدر سبک محاسباتی جدیدی است که گوگل کیوبیتهای خود را با مدارهای مجتمع ابررسانا تولید میکند. با الگوبرداری از فلزات ابررسانا به روشی جدید، مدارهایی با ظرفیت خازنی (قابلیت ذخیره انرژی در میدان های الکتریکی) و اندوکتانس (قابلیت ذخیره انرژی در میدان های مغناطیسی) همراه با عناصر غیرخطی ویژه ای به نام اتصالات جوزفسون تشکیل می دهیم. با انتخاب دقیق مواد و شماره گیری در فرآیندهای ساخت، می توانیم تراشه هایی با کیوبیت های باکیفیت بسازیم که قابل کنترل و ادغام در دستگاه های بزرگ و پیچیده هستند.
۴. نویز: ساخت بسته بندی برای محافظت از کامپیوترهای کوانتومی در برابر اختلالات
کامپیوترهای کوانتومی می توانند پریمادونا باشند. آنها توانایی حل مشکلاتی را دارند که در رایانههای کلاسیک غیرممکن است، اما همچنین به شدت مستعد خطاهای ناشی از «نویز» یا اختلالاتی مانند امواج رادیویی، میدانهای الکترومغناطیسی و گرما (حتی پرتوهای کیهانی!) هستند. بنابراین – مانند ساخت یک استودیوی صدا برای هنرمندان ضبط – برای محافظت از یکپارچگی فرآیندهای محاسباتی کوانتومی، تیم هوش مصنوعی کوانتوم بستهبندی خاصی را برای کاهش نویز ایجاد میکند. آنها کیوبیت ها را در این بسته بندی ویژه قرار می دهند تا آنها را به دنیای بیرون متصل کنند و در عین حال تا حد امکان از آنها در برابر اختلالات خارجی محافظت کنند. دستیابی به این امر مستلزم کار مهندسی مکانیکی و الکترومغناطیسی گسترده و بسیار پیچیده و همچنین تمرکز بر جزئیاتی مانند انتخاب مواد مناسب یا تعیین مکانهای خاص برای قرار دادن سوراخها برای مدار است.
۵. سیم کشی: ایجاد مسیرهایی برای کنترل یک کامپیوتر کوانتومی
کنترل یک کامپیوتر کوانتومی مستلزم ارسال سیگنال از طریق محیط هایی با دمای بسیار زیاد است. ما کیوبیتها را با سیگنالهای مایکروویو کنترل میکنیم که از طریق سیمهای مخصوص از دمای اتاق تا دمای بسیار پایین تحویل داده میشوند. این سیمها برای اطمینان از اینکه میتوانیم سیگنالها را به کارآمدترین و دقیقترین راه ممکن تحویل دهیم انتخاب شدهاند. افزودن عناصری مانند فیلتر کردن در وسط آن سیمها، کیوبیتهای ما را از تأثیر نویز خارجی بیشتر محافظت میکند.
۶. یخچال رقیق: یکی از سردترین مکان های جهان است
عملکرد کیوبیتهای ابررسانا مستلزم آن است که آنها را در دماهای بسیار پایینی که سردتر از فضای بیرونی هستند، نگه داریم. برای رسیدن به این شرایط فوق العاده سرد و تاریک به تجهیزات خاصی به نام یخچال رقیق کننده نیاز است. با نگهداشتن کیوبیتهای خود در یخچال رقیقسازی، فلزات ابررسانا میتوانند به حالت مقاومت صفر خود وارد شوند – حالتی که الکتریسیته میتواند بدون اتلاف انرژی در جریان باشد – و ما میتوانیم چیزهای ناخواسته مانند نویز حرارتی را کاهش دهیم. به این ترتیب، کیوبیت های ابررسانای ما می توانند خواص کوانتومی خود را حفظ کنند و محاسبات پیچیده ای را برای محاسبات کوانتومی انجام دهند.
Willow آخرین مرحله در کار تیم هوش مصنوعی کوانتومی ما برای باز کردن پتانسیل کامل محاسبات کوانتومی است. اکنون که به کارهای آزمایشگاهی ما پی برده اید، بررسی کنید نقشه راه محاسبات کوانتومی ما برای اینکه ببینیم چگونه قصد داریم کوانتوم را از آزمایشگاه خارج کنیم و به کاربردهای مفید وارد کنیم.
(برچسب ها برای ترجمه) هیچ کدام
منبع