یافته‌های جدید اثبات کننده‌ی برتری عملی محاسبات کوانتومی نسبت به کامپوترهای فعلی است

محققان موسسه‌ی IBM Research، دانشگاه واترلو و دانشگاه فنی مونیخ ثابت کردند که مانترای  محاسبات کوانتومی “من می‌توانم هر کاری را که تو انجام می‌دهی بهتر انجام دهم” حقیقت دارد. محققان به عنوان یک نقطه عطف مهم در تاریخ علم کامپیوتر، آزمایشی انجام دادند که برای اولین بار اثبات می‌کند که یک کامپیوتر کوانتومی‌ می‌تواند کارهایی را انجام دهد که کامپیوترهای کلاسیک قادر به انجان آن نیستند. پیش از انتشار این تحقیق، مزایای محاسبات کوانتومی‌ عمدتا در قالب نظری بیان شده است.

بر طبق ویکی‌پدیا، یک کامپیوتر کوانتومی‌ به عنوان رایانه‌ای گفته می‌شود که از پدیده‌های مکانیکی کوانتوم استفاده می‌کند. بر خلاف یک کامپیوتر سنتی که داده‌ها را به بیت‌های دودویی تبدیل می‌کند، رایانه‌های کوانتومی‌ از بیت‌های کوانتومی‌ استفاده می‌کنند که به عنوان کوبیت‌ها شناخته می‌شوند. با این حال، در یک کامپیوتر کوانتومی، یک بیت می‌تواند همزمان صفر و یک باشد، TechXplore اشاره می‌کند:

علت این است که قوانین فیزیک کوانتومی‌ به الکترون‌ها اجازه می‌دهد که در یک زمان چندین حالت را اشغال کنند. بنابراین بیت کوانتومی‌ یا کوبیت‌ها به صورت چند حالت همپوشانی وجود دارند.

وبسایت مادربورد توضیح می‌دهد که مدارهای کوانتومی‌ با تعدیل تعداد کوبیت‌ها در یک مدار و تعداد عملیاتی که می‌توانند بر روی آن کوبیت‌ها انجام شوند، عمل می‌کنند. این به عنوان عمق یک مدار شناخته شده است و افزایش تعداد کوبیت‌ها یا عمق، توانایی‌های محاسباتی یک کامپیوتر کوانتومی‌ را افزایش می‌دهد. با این حال، به علت تحلیل داده‌ها، افزایش کوبیت‌ها تعداد عملیات را محدود می‌سازد و موجب عمق کم می‌شود. این باعث می‌شود که اثبات برتری کوانتومی‌ بر روی رایانه‌های کلاسیک در گذشته دشوار باشد.

برای اثبات اینکه کامپیوتر کوانتومی‌ قادر به دستیابی به وظایفی هستند که کامپیوترهای کلاسیک نمی‌توانند آن را انجام دهند، محققان از  الگوریتم برنشتاین-وزیرانی استفاده کردند. حل این مسئله برای یک کامپیوتر کلاسیک در یک عمق ثابت غیرممکن است – یک کامپیوتر کلاسیک نیاز به رشد عمق مدار دارد.

با این حال، با استفاده از ایده غیر محلی در فیزیک کوانتومی، کونیگ و تیم او یک مدار کوانتومی‌ را که شامل مدارهای کوچک‌تر یا ضخیم‌تر و مدارهای موازی هستند، طراحی کردند. در مجموع، این مدارها هنوز به عنوان یک سیستم واحد بر اساس ایده غیر موضعی در نظر گرفته شده است و سیستم قادر به حل مشکل با استفاده از تعداد ثابت از عملیات است. این بدان معنی است که کامپیوتر کوانتومی‌ با موفقیت با استفاده از “عمق ثابت” قادر به حل این چالش بودند.

Segey Bravyi پژوهشگر تحقیقاتی IBM به TechCrunch توضیح داد:

همزمان که تعداد بیت‌های ورودی را افزایش می‌دهد، عمق الگوریتم کوانتومی‌ که مشکل را حل می‌کند ثابت باقی می‌ماند.

با این وجود، احتمالا سال‌ها، اگر نه چند دهه طول خواهد کشید تا به نتایج دنیای واقعی دست یابیم و به طور کامل از مزایای محاسبات کوانتومی‌ بهره مند شویم. بر اساس گزارش Science Daily، رابرت کونیگ از دانشگاه فنی مونیخ می‌گوید:

نتایج ما نشان می‌دهد که پردازش اطلاعات کوانتوم واقعا مزایایی را به همراه دارد، بدون انکه نیازی به حدس‌های اثبات نشده‌ی  پیچیده‌ی تئوریک باشد.

مقاله کنیگ با عنوان مزیت کوانتومی‌ با مدارهای کم عمق، با همکاری Bravyi از IBM Research و David Gosset از موسسه دانشگاهی واترلو برای محاسبات کوانتومی‌ منتشر شده است.