دستگاهی همانند یک لوستر طلایی که سردترین نقطه در جهانِ شناخته‌شده را در خود جای داده است. این دستگاه فقط قدرتمندترین رایانه دنیا نیست؛ بلکه برای امنیت امور مالی، بیت‌کوین، اسرار دولتی، اقتصاد جهانی و زیاد چیزهای دیگر نقشی کلیدی دارد.

رایانش کوانتومی کلید تعیین این قضیه است که کدام شرکت‌ها و کدام کشورها در ادامه قرن بیست‌ویکم برنده و کدام بازنده خواهد شد.

در تأسیسات گوگل در سانتا باربارای کالیفرنیا، تراشه‌ای به نام «ویلو» (Willow) قرار دارد که در کامپیوتری یک متر بالاتر از زمین معلق است. راستش را بخواهید، این دستگاه اصلاً همانند چیزی که انتظار می‌رود نیست. نه خبری از نمایشگر است و نه صفحه‌کلید؛ چه برسد به هدست‌های هولوگرافیک یا تراشه‌های خواندن ذهن.

ویلو دستگاهی به اندازه یک بشکه نفت متشکل از دیسک‌های گرد است که با صدها کابل کنترلی سیاه‌رنگ به هم متصل شده‌اند و به درون یک یخچال حاوی هلیوم مایعِ برنزی‌رنگ فرو می‌روال؛ سیستمی که ریزتراشه کوانتومی را در دمایی تنها یک‌هزارم درجه بالاتر از صفر مطلق نگه می‌دارد.

این سازه فلزی و دارای سیم‌پیچ، هم از نظر ظاهر و هم حس‌وحال، کاملاً یادآور دهه هشتاد میلادی است؛ اما اگر پتانسیل رایانش کوانتومی محقق شود، همین ساختار همانند عروس دریایی، جهان را از جهات گوناگون دگرگون خواهد کرد.

این گزارش از دید خبرنگار BBC نوشته شده که از آزمایشگاه کوانتومی گوگل بازدید کرده است. این خبرنگار در میانه بازدید با «هارتموت نوِن» (Hartmut Neven)، رئیس قسمت Quantum AI گوگل، ملاقات داشته است.

نوِن شخصیتی تقریباً افسانه‌ای دارد که ترکیبی از نبوغ فناوری و علاقه‌مند جدی موسیقی تکنو است. او طوری لباس می‌پوشد که انگار مستقیم از فستیوال موسیقی برنینگ‌من، که برایش آثار هنری هم طراحی می‌کند، با اسنوبورد به اینجا آمده است.

مأموریت نوِن تبدیل فیزیک نظری به رایانه‌های کوانتومی کاربردی است؛ رایانه‌هایی که بتوانند «مسائلی را حل کنند که به هیچ راه فرد دیگر قابل حل نیستند». او قبول دارد که نظرش احتمالا مقداری جانب‌دارانه باشد، اما می‌گوید این «لوسترها» بهترین کارکرد را در جهان دارند.

معبدی محرمانه برای علوم پیشرفته

قسمت بسیاری از او گفت‌وگوی BBC درمورد چیزهایی است که این رسانه می‌گوید اجازه نداشته در این آزمایشگاه از آن‌ها فیلم‌برداری کند. این فناوری حیاتی مشمول کنترل‌های صادراتی و محرمانگی شدید است و در قلب رقابتی برای برتری تجاری و اقتصادی قرار دارد. چراکه حتی کوچک‌ترین مزیت – از شکل قطعات تازه گرفته تا جایگاه شرکت‌ها در زنجیره فراهم جهانی – می‌تواند به اهرم قوت تبدیل شود.

در این معبد علمی پیشرفته، حال‌وهوایی کاملاً کالیفرنیایی به چشم می‌خورد. هر رایانه کوانتومی نامی خاص دارد؛ همانند Yakushima یا Mendocino. هرکدام در دل یک تاثییر هنری معاصر پیچیده و دیوارها با نقاشی‌هایی به سبک گرافیتی تزئین شده‌اند که زیر نور درخشان آفتاب زمستانی می‌درخشند.

نوِن تازه ترین تراشه کوانتومی گوگل با نام Willow را بالا می‌گیرد؛ تراشه‌ای که به حرف های او دو نقطه عطف مهم را رقم زده است. نوِن می‌گوید این تراشه به بحثی قدیمی آخر داده است: این که آیا رایانه‌های کوانتومی می‌توانند کارهایی انجام بدهند که رایانه‌های کلاسیک از انجامشان عاجزند یا خیر.

ویلو این چنین یک قضیه معیار را در عرض چند دقیقه حل کرده؛ قضیه‌ای که حل آن با بهترین رایانه‌های جاری دنیا نزدیک به ۱۰ سپتیلیون سال زمان می‌برد؛ یعنی بیشتر از یک تریلیون تریلیون سال، عددی با ۲۵ صفر، و حتی زیاد تر از عمر کل جهان.

این نتیجه نظری اخیراً در الگوریتمی به نام Quantum Echoes به کار گرفته شده؛ الگوریتمی که اجرای آن برای رایانه‌های معمولی غیرممکن است و به پشتیبانی همان فناوری مورد منفعت گیری در دستگاه‌های MRI، به یادگیری ساختار مولکول‌ها پشتیبانی می‌کند.

نوِن با شور و شوق از کاربردهایی می‌گوید که به باور او تراشه کوانتومی ویلو می‌تواند «برای حل تعداد بسیاری از مشکلاتی که بشر امروز با آن‌ها روبه‌روست» داشته باشد.

او می‌گوید: «[رایانه کوانتومی] به ما پشتیبانی می‌کند داروها را کارآمدتر کشف کنیم، تشکیل غذا را بهینه‌تر کنیم، انرژی تشکیل کنیم، انرژی را منتقل و ذخیره کنیم… و با تغییرات اقلیمی و گرسنگی بشر مقابله نماییم.»

نوِن اضافه می‌کند: «این فناوری به ما امکان می‌دهد طبیعت را زیاد بهتر بفهمیم و سپس از رازهایش رمزگشایی کنیم تا فناوری‌هایی بسازیم که زندگی را برای همه ما دلپذیرتر کند.»

برخی پژوهشگران اعتقاد دارند هوش مصنوعی واقعی، تنها با رایانش کوانتومی به‌طور کامل ممکن خواهد شد. اعضایی از تیم حاضر در این آزمایشگاه، به‌تازگی جایزه نوبل را برای پژوهش‌های اولیه درمورد «کیوبیت‌های ابررسانا» که در این سیستم به کار می‌روال، دریافت کرده‌اند.

تراشه ویلو ۱۰۵ کیوبیت دارد. تلاش کوانتومی مایکروسافت فعلاً به ۸ کیوبیت رسیده، اما از رویکردی متفاوت منفعت گیری می‌کند. رقابت جهانی بر سر رسیدن به یک میلیون کیوبیت است؛ دستگاهی در مقیاس کاربردی که می‌تواند شیمی کوانتومی و طراحی دارو را بدون اشتباه انجام دهد. بااین‌حال، این فناوری زیاد شکننده است.

آنچه اینجا رخ می‌دهد، در سراسر جهان با دقت زیر نظر گرفته می‌شود. پروفسور سر «پیتر نایت» (Peter Knight)، رئیس هیئت مشاوره راهبردی برنامه‌های ملی فناوری کوانتومی بریتانیا، می‌گوید ویلو مرزهای تازه‌ای را جابه‌جا کرده است.

او می‌گوید: «همه این ماشین‌ها تا این مدت در حد مدل‌های اسباب‌بازی می باشند و اشتباه دارند. بعد به تصحیح اشتباه نیاز است. ویلو اولین سیستمی می بود که نشان داد می‌توان با چرخه‌های تکرارشونده تعمیر، تصحیح اشتباه انجام داد و بهبود تشکیل کرد.»

به حرف های او، این دستاورد فناوری را در مسیری قرار داده که احتمالا طی هفت یا هشت سال آینده – نه دو دهه‌ای که قبلاً فکر می‌شد – بتواند با دقت، یک تریلیون عملیات را انجام دهد.

اگر یک‌چهارم نخست این قرن با ظهور اینترنت و سپس هوش مصنوعی تعریف شد، ۲۵ سال آینده بی‌تردید اغاز عصر کوانتوم خواهد می بود.

فناوری رایانش کوانتومی چطور کار می‌کند؟

فکر کنید جستوجو یک توپ تنیس در بین هزار کشوی بسته هستید. یک رایانه کلاسیک هر کشو را یکی‌یکی باز می‌کند. اما یک رایانه کوانتومی همه آن‌ها را هم‌زمان باز می‌کند. یا به گفتن دیگر، اگر در رایانش معمولی برای بازکردن صد درِ کشو به صد کلید نیاز باشد، رایانش کوانتومی این امکان را می‌دهد که همه صد در را با یک کلید، آن هم در لحظه، باز کنید.

این دستگاه‌ها برای همه کاربران مناسب نخواهند می بود. قرار نیست به تلفنها، عینک‌های هوشمند یا لپ‌تاپ‌ها راه اشکار کنند. اما مسئله اینجاست که قوت آن‌ها به‌صورت نمایی رشد می‌کند و همه بازیگران بزرگ داخل این میدان شده‌اند.

خبرنگار BBC می‌گوید از «جنسن هوانگ»، مدیرعامل انویدیا، پرسیده می بود که آیا این نوشته تهدیدی برای مدل کسب‌وکار او – فراهم تراشه‌های تخصصی برای هوش مصنوعی – محسوب می‌شود یا نه. هوانگ این این چنین جواب داده می بود: «نه، پردازنده کوانتومی در آینده به‌گفتن بخشی از یک رایانه، به این سیستم‌ها اضافه خواهد شد.»

یکی از رهبران بریتانیایی این حوزه نیز به آنچه در جهان کوانتومی بر سرش رقابت وجود دارد، اشاره می‌کند: توانایی رمزگشایی همه‌چیز، از اسرار دولتی گرفته تا بیت‌کوین. سر پیتر می‌گوید: «همه حوزه ارزهای دیجیتال هم باید به‌خاطر تهدید رایانش کوانتومی مجدد بازدید شود.»

یکی از شرکای مهم انویدیا در سال قبل میلادی حرف های می بود که هرچند بیت‌کوین تا این مدت چند سالی زمان دارد، اما تا آخر این دهه باید به یک بلاک‌چین نیرومندتر فورک شود.

منبع های حاضر در صنعت فناوری به مفهومی با گفتن «اکنون ذخیره کن، بعداً رمزگشایی کن» اشاره دارند؛ توصیفی از این باور که نهادهای دولتی داده‌های رمزگذاری‌شده جهان را ذخیره می‌کنند، به این امید که سیستم‌های رایانش نسل بعدی بتوانند آن‌ها را باز کنند.

رقابت جهانی در حوزه کامپیوترهای کوانتومی

او گفت و گو رقابت جهانی هم اهمیت بسیاری دارد. رویکرد چین کاملاً با مسابقه تجاری در آمریکا و غرب تفاوت دارد. سر پیتر می‌گوید چین نزدیک به ۱۵ میلیارد دلار منبع های به فناوری کوانتومی تعلق داده که به گمان زیادً هم‌تراز مجموع همه برنامه‌های دولتی دیگر کشورهاست.

از سال ۲۰۲۲، چین بیشتر از هر سرزمین فرد دیگر مقاله علمی در حوزه کوانتوم انتشار کرده است. این کوششها تحت رهبری فیزیکدانی پیشگام به نام «پان جیان‌وی» انجام شده و بخشی کلیدی از چهاردهمین برنامه پنج‌ساله پکن است.

چین تصمیم گرفته که شرکت‌های فناوری خود همانند بایدو و علی‌بابا را از گسترش پژوهش‌های جدا گانه کوانتومی بازدارد و به‌جای آن، نیروی انسانی و زیرساخت‌ها را در یک نهاد دولتی متمرکز کند. تمرکز چین بر برتری در ارتباطات کوانتومی و ماهواره‌ها است.

سال قبل میلادی، پان جیان‌وی با منفعت گیری از یک فناوری شبیه اما با رویکردی متفاوت از ویلو، رایانه کوانتومی Zuchongzhi 3.0 را گسترش داد و آزمایش کرد و به نتایجی شبیه دست یافت. در پاییز، این سیستم برای منفعت گیری تجاری نیز در دسترس قرار گرفت. همه این‌ها یادآور پروژه منهتن در جنگ جهانی دوم یا رقابت فضایی قرن بیست‌ویکم است.

بریتانیا یکی از مراکز مهم پژوهش کوانتومی به حساب می اید. ده‌ها شرکت و پژوهش پیشرفته در این سرزمین فعال‌اند و دولت تصمیم دارد در هفته‌های آینده اندوخته‌گذاری قابل توجهی در این حوزه انجام دهد. این نوشته برای اقتصاد، کاربردهای نظامی و ژئوپولیتیک حیاتی است و انتظار می‌رود که بریتانیا به سومین قوت بزرگ این عرصه تبدیل شود.

جهان‌های موازی

اما در آزمایشگاه ویلو، سوال‌هایی حتی بنیادی‌تر هم نقل می‌شود. سال قبل، نوِن نظر داد که شدت بی‌سابقه ویلو می‌تواند از برخی تئوری‌ها درمورد وجود جهان‌های موازی حمایتکند. به‌عبارت دیگر احتمالا ویلو برای توان محاسباتی خود به جهان‌های موازی دسترسی اشکار کرده باشد. یقیناً همه دانشمندان با این دیدگاه موافق نیستند.

نوِن می‌گوید: «تا این مدت او گفت و گو‌های پرشوری در جریان است. همان گونه که در بازدید از آزمایشگاه دیدید، علت قدرتمندی رایانه‌های کوانتومی این است که در یک چرخه وقتی می‌توانند هم‌زمان به ۲ به توان ۱۰۵ ترکیب دست بزنند. این قضیه علتمی‌شود سوال کنید این چیزهای متفاوت کجا می باشند؟… در مکانیک کوانتوم یک نظریه وجود دارد: دیدگاه جهان‌های زیاد، که از جهان‌های موازی یا حقیقت‌های موازی سخن بگویید می‌کند.»

نوِن پافشاری می‌کند که ویلو این نظریه را اثبات نکرده، اما «مشخص می کند که باید این ایده را جدی بگیریم».

نقطه حاضر لبه علوم جهانی است؛ مرز فناوری، رشد و قوت. دولت بریتانیا به‌زودی صدها میلیون پوند برای رسیدن به سطح ویلو و رقابت با چین هزینه خواهد کرد. همه این‌ها همانند داستان‌های علمی‌تخیلی به نظر می‌رسد، اما به‌شدت در حال تبدیل‌شدن به واقعیتی اقتصادی است.