شرکت آی‌بی‌ام با مشارکت دانشگاه توکیو و دانشگاه شیکاگو در یک ابتکار ۱۰۰ میلیون دلاری، به دنبال پیشبرد محاسبات کوانتومی به عصر جدیدی از امکانات بی‌سابقه است.

این شرکت در اجلاس اخیر گروه هفت(G۷) در هیروشیمای ژاپن از طرح جسورانه خود با هدف متحول کردن حوزه محاسبات و امکان پیشرفت‌های پیشگامانه در حوزه‌های مختلف رونمایی کرد.

در حالی که شرکت آی‌بی‌ام در حال حاضر رکورد بزرگترین سیستم محاسبات کوانتومی با پردازنده ۴۳۳ کیوبیتی را در اختیار دارد، ماشین ۱۰۰ هزار کیوبیتی آینده نشان دهنده یک تغییر پارادایم در قابلیت‌های کوانتومی است.

این تلاش بلندپروازانه به جای جایگزینی ابررایانه‌های سنتی، به دنبال ادغام توان کوانتومی با محاسبات کلاسیک برای دستیابی به پیشرفت‌های چشمگیر در کشف دارو، تولید کود و عملکرد باتری‌ها است.

جِی گامبِتا معاون بخش کوانتوم شرکت آی‌بی‌ام، این تلاش مشترک را «ابرمحاسبات کوانتوم محور» توصیف می‌کند.

گامبتا در یک مصاحبه بر اهمیت ترکیب قدرت محاسباتی عظیم ماشین‌های کوانتومی با پیچیدگی ابررایانه‌های کلاسیک تاکید کرده و گفته است که با استفاده از نقاط قوت هر دو فناوری، هدف این ادغام، رفع چالش‌های پیچیده‌ای است که تاکنون غیرقابل حل باقی مانده‌اند.

در حالی که پیشرفت قابل توجهی در این حوزه صورت گرفته است، فناوری مورد نیاز برای ابرمحاسبات کوانتوم‌محور هنوز در مراحل ابتدایی است. آزمایش‌های اثبات اصول آی‌بی‌ام نتایج امیدوارکننده‌ای را نشان می‌دهد مبنی بر اینکه مدارهای مجتمع مبتنی بر فناوری CMOS می‌توانند کیوبیت‌های سرد را با حداقل مصرف انرژی کنترل کنند.

با این حال، نوآوری‌های بیشتری لازم است و اینجاست که همکاری با موسسات تحقیقاتی دانشگاهی بسیار مهم می‌شود.

در علم فیزیک به کمترین مقدار ممکن از یک کمیت، مقدار پایه یا یک کوانتوم(quantum) می‌گویند. یک کمیت کوانتیده، تنها می‌تواند مقدارهایی گسسته یعنی مضرب صحیحی از کوانتوم آن کمیت را اختیار کند. برای نمونه، مقدار بار الکتریکی یک جسم که در اثر مالش باردار شده، همواره مضرب صحیحی از بار الکتریکی یک الکترون است. هیچ گاه مقدار بار الکتریکی یک جسم ۳/۵ برابر بار الکتریکی یک الکترون نخواهد بود. در اینجا به مقدار بار الکتریکی یک الکترون، بار پایه یا یک کوانتوم بار می‌گویند و بار الکتریکی جسم نیز کمیتی کوانتیده است.

یک کیوبیت یا بیت کوانتومی در پردازش کوانتومی، واحد پایه پردازش کوانتومی و رمزنگاری کوانتومی و مشابه بیت در رایانه‌های کلاسیک و کوچکترین واحد ذخیره اطلاعات و معیاری از مقدار اطلاعات کوانتومی است.

از نظر فیزیکی، کیوبیت یک سامانه کوانتومی دوحالتی است، یعنی سیستمی که توسط مکانیک کوانتومی به درستی قابل توصیف است و هنگام اندازه‌گیری یکی از دو حالت ممکن خود را اختیار می‌کند. مانند قطبش یک فوتون که در اینجا، جهت قطبشِ عمودی و جهت قطبشِ افقی دو حالت ممکن برای سامانه هستند. در یک سامانه کلاسیک، هر بیت در هر لحظه یا در حالت صفر یا در حالت یک است، اما اصل‌های مکانیک کوانتومی به کیوبیت اجازه می‌دهند که در همان حال، حالتی را برابر با برهم نهی دو حالت اصلی نیز اختیار کند که یک ویژگی است که در پردازش کوانتومی بنیادی است. به عبارتی، یک کیوبیت هم ممکن است در حالت‌های کلاسیک صفر و یک وجود داشته باشد و هم می‌تواند در حالت ترکیب این دو قرار گیرد(یعنی همزمان دارای هر دو حالت صفر و یک باشد). در واقع همین پدیده، تفاوت اصلی بین بیت‌های کلاسیک و کیوبیت‌ها است. انتقال کیوبیت‌ها بنیان دانش دورنوردی کوانتومی است.

رایانه کوانتومی، ماشینی است که از پدیده‌ها و قوانین مکانیک کوانتوم مانند برهم‌نهی(Superposition) و درهم‌تنیدگی(Entanglement) برای رایانش استفاده می‌کند. رایانه‌های کوانتومی با رایانه‌های فعلی که با ترانزیستورها کار می‌کنند، تفاوت اساسی دارند. ایده اصلی که در پس رایانه‌های کوانتومی نهفته‌ است این است که می‌توان از خواص و قوانین فیزیک کوانتوم برای ذخیره‌سازی و انجام عملیات روی داده‌ها استفاده کرد.

طراحی ماژولار تراشه آی‌بی‌ام به عنوان پایه‌ای برای نگهداری کیوبیت‌های زیاد عمل می‌کند. با وجود ناتوانی یک تراشه منفرد برای انطباق با مقیاس مطلق کیوبیت‌های مورد نیاز، اتصالات متقابل برای تسهیل انتقال اطلاعات کوانتومی بین ماژول‌ها در حال توسعه هستند.

پردازنده کوکابورا(Kookaburra) از شرکت آی‌بی‌ام، یک پردازنده چند تراشه‌ای با ۱۳۸۶ کیوبیت و یک پیوند ارتباطی کوانتومی است که در حال حاضر در دست توسعه است و پیش‌بینی می‌شود در سال ۲۰۲۵ عرضه شود.

علاوه بر این، دانشگاه توکیو و دانشگاه شیکاگو به طور فعال در تخصص خود در قطعات و نوآوری‌های ارتباطی مشارکت می‌کنند تا اثر خود را در این پروژه به یاد ماندنی بگذارند.

همانطور که آی‌بی‌ام این ماموریت جسورانه را آغاز می‌کند، پیش‌بینی می‌کند که در دهه آینده همکاری‌های صنعتی و دانشگاهی متعددی ایجاد کند.

گامبتا با درک نقش محوری دانشگاه‌ها بر اهمیت توانمندسازی این مؤسسات برای استفاده از نقاط قوت در تحقیق و توسعه تأکید می‌کند.

با وعده آینده‌ای با انرژی کوانتومی در افق، سفر به سمت توسعه یک ابررایانه ۱۰۰ هزار کیوبیتی نوید درنوردیدن مرزهای علمی غیرقابل تصوری را می‌دهد و درک ما را از محاسبات آنطور که اکنون می‌شناسیم، متحول می‌کند.