نقشه راه شبیه سازی کوانتومی در آینده

نقشه راه آینده‌ شبیه سازی کوانتومی در مقاله‌ای از پژوهشگران دانشگاه Strathclyde ارائه شده است. رایانه‌های کوانتومی دستگاه‌های بسیار قدرتمندی هستند که ظرفیت سرعت و محاسباتشان بسیار فراتر از محاسبات کلاسیک یا باینری است. رایانه‌های کوانتومی، به جای سیستم دوتایی از صفر و یک، از طریق برهم‌نهی‌هایی عمل می‌کنند که ممکن است همزمان صفر، یک یا هر دو باشند.

توسعه مداوم محاسبات کوانتومی به نقطه ای رسیده است که نسبت به رایانه‌های کلاسیک، برای حل مشکلات مصنوعی مزیت دارد. این دستاورد‌ها می‌توانند در طیف گسترده‌ای از زمینه‌ها کاربرد داشته باشند که از جمله‌ آن‌ها می‌‌توان به شبیه‌سازی سیستم‌های کوانتومی برای ساخت مواد به کار رفته در باتری، کاتالیزور صنعتی و تثبیت نیتروژن اشاره کرد.

مقاله مذکور که در ژورنال Nature منتشر شده است، امکان پیاده‌سازی شبیه‌ساز‌های کوانتومی روی پلتفرم‌های دیجیتال و آنالوگ را در آینده‌ نزدیک و میان‌مدت بررسی می‌کند تا به ارزیابی پتانسیل‌های این حوزه کمک کرده باشد. پژوهشگران دانشگاه Strathclyde، مؤسسه Quantum Optics، مکس پلانک، دانشگاه Ludwig Maximillian’s مونیخ، مرکز علم و فناوری کوانتومی مونیخ، دانشگاه Innsbruck، مؤسسه کوآنتوم آکادمی علوم اتریش و همچنین، شرکت مایکروسافت از نویسندگان این مقاله بوده‌اند.»

اندرو دیلی، از پژوهشگران مؤسسه فیزیک Strathclyde و نویسنده اصلی مقاله، می‌گوید: «در سال‌های اخیر، پیشرفت‌های چشمگیر زیادی در شبیه سازی کوانتومی آنالوگ و دیجیتال صورت گرفته‌اند و شبیه سازی کوانتومیبه یکی از پیشرفته‌ترین زمینه‌های پردازش اطلاعات کوانتومی تبدیل شده است. در حال حاضر، هم از نظر توسعه الگوریتمی و هم از نظر دسترسی‌پذیری آزمایشات پیشرفته شبیه سازی کوانتومیآنالوگ، در سطح بین‌المللی به بلوغ رسیده است.»

در تاریخ محاسبات، محاسبات آنالوگ کلاسیک و دیجیتال بیش از نیم‌قرن، کنار یکدیگر به کار ادامه داده‌اند . سپس طی انتقالی تدریجی، به سوی محاسبات دیجیتال حرکت کردند. ما انتظار داریم که با ظهور شبیه سازی کوانتومینیز همین اتفاق بیفتد.

مزیت کاربردی کوانتوم در رایانه‌های کوانتومی

گام بعدی در مسیر توسعه فناوری، گفتمان در مورد «مزیت کاربردی کوآنتوم» می‌باشد. یعنی نقطه‌ای که در آن، دستگاه‌های کوانتومی قادر به حل مسائلی کاربردی خواهند بود که برای ابرکامپیوتر‌های قدیمی غیرممکن هستند.

بسیاری از امیدوارکننده‌ترین کاربرد‌های کوتاه‌مدت رایانه‌های کوانتومی در زیر چتر شبیه سازی کوانتومیقرار می‌گیرند: مدل‌سازی آن دسته از خواص کوانتومی ذرات میکروسکوپی که مستقیماً با درک علم مدرن مواد، فیزیک انرژی‌بالا و شیمی کوانتومی مرتبط هستند.

در آینده، شبیه سازی کوانتومیباید قابلیت کاربرد انعطاف‌پذیر و دقیق روی رایانه‌های کوانتومی دیجیتالی مقاوم را داشته باشد. اما امروزه هم می‌توان از طریق شبیه‌سازهای کوانتومی آنالوگ، آن را برای مدل‌های خاص به کار برد. این فرآیند را می‌توان شبیه به مطالعه‌ ایرودینامیک دانست که هم در تونل بادی و هم در شبیه‌‌ساز‌های کامپیتری قابل‌اجرا می‌باشد؛ با این تفاوت ‌که در حوزه‌ ایرودینامیک، اغلب از مدل‌های کوچک‌ مقیاس‌تر برای درک پدیده ‌های بزرگ استفاده می‌شود.

شبیه‌ساز‌های کوانتومی آنالوگ اکنون از ارئه بازنمایی‌های کیفی پدیده های فیزیکی فراتر رفته و راهکار‌های کمی برای مسائل واقعی ارائه می‌دهند. یکی از گزینه‌های موجود برای آینده‌ای نه چندان دور، توسعه‌ طیفی از شبیه‌ساز‌های کوانتومی قابل برنامه‌نویسی است که تکنیک‌های آنالوگ و دیجیتال را با یکدیگر ادغام می‌کنند.

پژوهشگران دانشگاه Strathclyde و همکارانشان نرم‌افزار‌های فعال و بزرگی ارائه داده‌اند که علاوه بر نظریات مربوط به معماری‌ها و الگوریتم‌ها، توسعه‌ی پلتفرم‌های موجود برای شبیه سازی کوانتومیآنالوگ و رایانش  کوانتومی دیجیتال را نیز در می‌گیرند. پژوهش مذکور بخشی از پروژه PASQuanS، از برنامه Horizon 2020 EU Quantum Technologies Flagship می‌باشد. در دانشگاه  Strathclyde، پژوهش در این حوزه‌ها جزئی از برنامه‌ی ملی فناوری کوانتومی بریتانیا به شمار می‌رود و کمک هزینه‌های چشمگیری از مرکز پژوهش و نوآوری بریتانیا دریافت کرده است.

مرکزی به نام خوشه‌ فناوری‌های کوانتومی دربرنامه‌ Glasgow City Innovation District ، از دانشگاه Strathclyde، Scottish Enterprise، اتاق بازرگانی اسکاتلند و گلسکو راه‌اندازی شده است. این مرکز را می‌توان مجمعی جهانی برای صنعتی‌سازی کوآنتوم، جذب شرکت‌ها، تسریع رشد، ارتقای بهره‌وری و دسترسی‌پذیری فناوری‌های پژوهشی در سطح دنیا دانست.

دانشگاه Strathclyde تنها مرکز آکادمیکی است که طی هر دو مرحله، از هر چهار قطب فناوری کوانتومی ESPRC کمک‌هزینه دریافت کرده است. این چهار قطب عبارت‌اند از: سنجش و زمان، تصویر برداری پیشرفته کوانتومی، محاسبات و شبیه سازی کوانتومی و فناوری‌های ارتباطات کوانتومی.

جدیدترین اخبار هوش مصنوعی ایران و جهان را با هوشیو دنبال کنید