پردازش کوانتومی از آنچه که شما فکر می کنید نزدیک تر است

هنگامی که می گوییم یک فناوری نوظهور می تواند باعث تغییر الگوی زندگی افراد شود بیشتر یک عبارت اغراق آمیز است، اما این عبارت در مورد فناوری پردازش کوانتومی نه تنها عبارت صحیحی است، بلکه نمی تواند به صورت کامل ارزش آن را بیان کند.

درحالی که در پردازش های استاندارد که در رایانه های شخصی، دستگاه های خودپرداز، تلفن های همراه و سایر وسایل الکترونیکی که روزانه مورد استفاده قرار می گیرند، ما با دو حالت روبرو می شویم، صفر یا یک، خاموش یا روشن، اما پردازش کوانتومی پدیده های جدیدی را پیش روی ما قرار می دهد و اکنون با حالتی روبرو هستیم که علاوه بر صفر و یک می تواند در یک زمان هر دوی آن ها باشد. با وجود آن که ممکن است این تعریف اندکی گمراه کننده باشد، اما به این معناست که رایانه های کوانتومی می تواند پدیده های بسیار پیچیده تری را تجزیه و تحلیل نماید. برای مثال، رایانه های کوانتومی می توانند در عرض چند ثانیه خطاهای درون میلیون ها خط کد نویسی را پیدا و آن ها را برطرف کنند، پروازهای هوایی را بیش از پیش ایمن نمایند، خودروهایی با امنیت بالا تولید کنند یا اسکن های MRI با دقت بسیار زیاد تهیه کنند.

دانشمندان امید زیادی به استفاده از رایانه های کوانتومی دارند و قصد دارند از این رایانه ها به منظور بررسی میکروب ها و تولید واکسن های با کارایی بالاتر و تأثیرات جانبی کمتر بهره برند. بسیاری از پژوهشگران اعتقاد دارند استفاده از رایانه های کوانتومی به منظور گذشتن از مرزهای کنونی و دست یافتن به هدف های جدید در حوزه پزشکی و سلامت الزامی است.

دونالد پارسونس، فیزیکدان و پژوهشگر سازمان بهداشت ایالت نیویورک در خصوص این فناوری اذعان کرد: « بدون رایانه های کوانتومی، داده های جدید DNA، درک فعالیت های مشخص ترکیبات پیچیده پروتئین ها، تولید داروهای جدید با استفاده از الگوریتم های docking به هیچ عنوان امکان پذیر نخواهد بود ».

شرکت فولکس واگن آلمان در حال کار بر روی یک پلتفرم پردازش کوانتومی است که ۴۵ دقیقه قبل از ایجاد ترافیک به رانندگان هشدار می دهد. رایانه های سنتی فاقد قدرت پردازشی لازم برای تحلیل سریع و دقیق پدیده هایی مانند ترافیک های شهری هستند که متغییر های زیادی در آن دخالت دارند. فقط کافی است اندکی به پیامدهای استفاده از این سیستم در آینده فکر کنید. دولت ها می توانند به صورت دقیق مشخص کنند چه خیابان هایی به منظور رفع ترافیک نیاز به توسعه دارند و به این ترتیب علاوه بر آن که در زمان شهروندان به دلیل کاهش ترافیک صرفه جویی می شود، بلکه درآمدهای مالیاتی نیز در بخش های کاملاً تأثیرگذاری هزینه خواهند شد. کاهش ترافیک شهری، کاهش آلودگی هوا را در پی خواهد داشت که در کاهش بیماری آسم و البته تلاش به منظور جلوگیری از تغییرات زیست محیطی و گرمایش زمین بسیار تأثیرگذار خواهد بود.

پردازش کوانتومی به توسعه دیگر فناوری های نوظهور نیز کمک خواهد کرد. برای مثال پروژه اینترنت اشیاء یا IoT شرکت فولکس واگن را در نظر بگیرید. ده هزار تاکسی شهر پکن می توانند توسط این فناوری به اینترنت متصل شوند و داده های مکان خود را به یک سرور ارسال کنند. سپس یک رایانه کوانتومی از این اطلاعات دریافت شده به منظور بررسی ترافیک کل هر پکن استفاده خواهد کرد. ترکیب دو فناوری پردازش کوانتومی و اینترنت اشیاء می تواند منجر به بروز پدیده ای به نام شهر هوشمند شود. حسگر های IoT در خودروهای الکتریکی، می تواند بر نحوه عملکرد و میزان شارژ باتری آن ها را نظارت کند. شهر هوشمند به وسیله پردازش کوانتومی می تواند نیاز شهر به ایستگاه های شارژ این خودروها را بررسی کند و در خیابان هایی که شارژ این خودروها رو به اتمام است، این ایستگاه ها را ایجاد کند.

پردازش کوانتومی الگوهایی را فراهم می کند که طی آن می توان به صورت مؤثرتری نیازهای آینده را پیش بینی کرد. به همان مثال شهر هوشمند باز می گردیم، تضعیف و خاموشی نیروی برق پدیده ای بسیار پیچیده است که متغیر های زیادی در آن تأثیرگذار هستند. مهم ترین دلیل بروز این مشکلات سرمایه گذاری بر روی تجهیزاتی است که تأثیر زیادی بر کاهش آن ندارند، چرا که رایانه ای سنتی نمی توانند مدل هایی را ایجاد کند تا مشکلات شبکه توزیع نیروی برق شهر را در آینده پیش بینی کند. رایانه های کوانتومی می تواند با بررسی تعداد خانه های هر محله و میزان مصرف انرژی برق آن ها در سال های آتی این مشکلات را برطرف کند یا به حداقل رساند. بنابراین به نظر می رسد پیش از سرمایه گذاری های بسیار بزرگ در شبکه توزیع برق شهر باید بر روی توسعه رایانه های کوانتومی سرمایه گذاری شود، تا از اتلاف منابع جلوگیری شود.

پردازش کوانتومی به صورت بالقوه می تواند جهان را به چالش بکشد. در دو سال گذشته بیش از ۷ هزار پژوهشگر مختلف از سراسر دنیا با بودجه ای بالغ بر ۱٫۵ میلیارد دلار در حال کار بر روی این بخش از دنیای فناوری بوده اند. علاوه بر آن  سرمایه گذاری در سایر حوزه های علمی نزدیک به فناوری پردازش کوانتومی نظیر علم مواد، توجه ها به رایانه های کوانتومی را در سال های اخیر دو چندان کرده است.

تدوین استاندارد جدید IEEE P7130™—Standard for Quantum Computing Definitions به توسعه این فناوری سرعت بخشیده است. استاندارد سازی و استفاده از تعاریف یکسان باعث می شود پدیده های کوانتومی در تمام نقاط دنیا به یک صورت درک شوند.

Hidetoshi Nishimori استاد مؤسسه تکنولوژی توکیو که در تیم استانداردسازی IEEE P7130  عضویت دارد در خصوص فعالیت های این گروه اذعان کرد: « بدون استانداردسازی، پردازش کوانتومی با معانی مختلفی تعبیر می شد برای مثال در صورتی که واحد سنجش پردازش کوانتومی یکسان سازی نمی شد، قدرت یک پردازنده کوانتومی مشخص در یک کشور ۲۰۴۸ qubits و در کشور دیگر ۵۰ qubits قلمداد می شد. به این ترتیب یکپارچه سازی مفاهیم و تعاریف در این علم از اهمیت بسیار زیادی برخوردار است و تفاوت های بسیار کوچکی که در شیوه های مختلف پردازش کوانتومی وجود دارند باعث شده اند هر کلمه معانی متفاوتی داشته باشد و تلاش ما برطرف کردن اختلاف ها و ارائه یک استاندارد جامع جهانی در خصوص علم پردازش کوانتومی است ».

عدم وجود یک معنی مشخص برای واژه ای نظیر qubit که در این علم اهمیت بسیار زیادی دارد، مانع بزرگی در توسعه آن می شود. علاوه بر آن ممکن است عدم حصول به یک نتیجه مشخص در زمینه پردازش کوانتومی که با اتلاف وقت و هزینه همراه است ممکن است امیدواری نسبت به آینده این علم را کاهش دهد. بنابراین همانطور که مشخص است، استانداردسازی مفاهیم و واژه های مرتبط با علم پردازش کوانتومی در ادامه حیات این علم بسیار تأثیرگذار خواهد بود.