خب، بذار همین اول کارت رو روشن کنم: ماجرای امروز درباره کامپیوترهای کوانتومیه و اینکه واقعاً دارن کارای عجیب‌غریب (ولی واقعی!) کوانتومی انجام می‌دن یا فقط ظاهرشونو درآوردن و با یه حقه، فاز عجیبی گرفتن! دانشمندها تو یه تحقیق باحال که تو مجله Physical Review X اومده، بالاخره موفق شدن یه «دروغ‌سنج کوانتومی» بسازن که می‌تونه بفهمه یه کامپیوتر کوانتومی واقعاً داره طبق اصول فیزیک کوانتوم کار می‌کنه یا نه فقط داره ادا درمیاره.
ماجرا از این قراره که اومدن یه پردازنده کوانتومی ۷۳-کیوبیتی درست کردن (کیوبیت یعنی معادل کوانتومی همون بیت، اما می‌تونه همزمان حالت ۱ و ۰ رو داشته باشه، نه فقط یکی‌شو). این پردازنده شکلی مثل لانه زنبور داشت و با یه روش هیبریدی-ماشین‌لرنینگی به اسم Variational Quantum Circuit یا همون VQC تربیت شده بود (یعنی کامپیوتر کلاسیک و کوانتومی با هم کار می‌کنن و اون کلاسیکه کمک می‌کنه کوانتومیه به جواب دقیق‌تر برسه).
توی این آزمون عجیب، هدف این بود که سیستم رو برسونن به کمترین حالت انرژی ممکن، اون‌قدری که فقط با قوانین کوانتومی داشته باشیم و با فیزیک معمولی نشه بهش رسید. اگه بتونن این انرژی رو عملاً ببینن، یعنی دارن از همون قوانین عجیب کوانتومی بهره می‌برن!
حالا این قضیه چرا انقدر مهمه؟ چون تو کامپیوترهای معمولی (همین لپ‌تاپ و موبایل و سرور خودمون) اطلاعات با بیت‌ها جابجا می‌شن (۱ و ۰)، اما نهایتاً هروقت محاسبه‌ای می‌خوای انجام بدی، باید همه رو یکی‌یکی طی کنی و تهش سرعت یه حدی داره. ولی تو کامپیوتر کوانتومی، چون کیوبیت‌ها همزمان می‌تونن کلی حالت داشته باشن، می‌تونن کارای محاسباتی رو خیلی موازی و سریعتر انجام بدن.
یه نکته خیلی مهم این وسط هست که باعث می‌شه دانشمندها خیلی هیجان‌زده شن؛ اونم پدیده «درهم‌تنیدگی کوانتومی» هست. درهم‌تنیدگی کوانتومی یعنی اگه دوتا کیوبیت درهم‌تنیده باشن، اگه یکی رو اندازه بگیری، حالت اون یکی هم همزمان تعیین می‌شه، حتی اگه دوتا کاملاً دور از هم باشن. انیشتین به این قضیه می‌گفت “spooky action at a distance” یعنی «عمل عجیب از راه دور». فاز قضیه اینه که با فیزیک کلاسیک اصلاً جور در نمیاد. انیشتین همش اصرار داشت که مثلاً خواص یه چیز باید قبل از اندازه‌گیری معلوم باشه و رو هم اثر بذارن، اما درهم‌تنیدگی همه اینا رو به هم زده!
برای اینکه واقعاً نشون بدن کامپیوتر کوانتومی داره از این جادوی کوانتومی استفاده می‌کنه، دانشمندها معمولاً یه آزمایش معروف دارن به اسم «آزمون بل» (Bell test). این آزمون رو فیزیکدان معروف، جان استوارت بل پیشنهاد داده و باهاش نشون می‌دن اگه نتیجه اندازه‌گیری دوتا ذره بیش‌تر از چیزی باشه که تو فیزیک عادی امکان داره (یه ته مرز داره به اسم نامعادله بل)، یعنی دارن واقعا تو فضای کوانتوم بازی می‌کنن!
ایراد کار اینجاست که کامپیوترهای کلاسیک می‌تونن شبیه‌سازی‌های کوانتومی رو تا حدی انجام بدن! یعنی بعضی وقت‌ها عملاً شاید ما فکر کنیم با یه پدیده جادویی طرفیم، ولی در واقعش طرف داریم با یه سری ریاضی سنگین که کامپیوتر داره قورت می‌ده، طرفیم! اینجا همون جاست که این “دروغ‌سنج” کوانتومی میاد وسط: بالاخره تشخیص می‌ده که واقعاً قوانین کلاسیک جواب نمی‌ده یا همون شبیه‌سازی تروتمیزیه.
تو این پروژه جدید، دانشمندها تونستن تو یه کامپیوتر کوانتومیِ ۷۳-کیوبیتی، انرژی رو اندازه بگیرن و رسیدن به یه سطحی که هیچ‌وقت یه سیستم کلاسیک نمی‌تونه بهش برسه. تو فیزیک کلاسیک، کمترین انرژی زمین (ground state) زیر صفر نمی‌ره؛ مثلاً اگه یه توپ رو از تپه بندازی پایین، حالت بی‌انرژیش همون وقتیه که ته دره وایساده و دیگه انرژی خاصی نداره. ولی تو کوانتومی، با درهم‌تنیدگی و این حرفا، حتی انرژی زیر صفر هم داریم! این یعنی ۱۰۰ درصد تایید که یارو داره کوانتومی عمل می‌کنه.
نتیجه چی شد؟ اونا تونستن انرژی‌ای به دست بیارن که به گفته خودشون، ۴۸ تا انحراف معیار پایین‌تر از کمترین انرژی ممکن تو سیستم‌های معمولیه! خب این خیلی عدد بزرگیه و عملاً روایت رو مهر تایید می‌زنه. حتی تونستن این پدیده رو با گروه‌هایی از ۲۴ کیوبیت توی اون سیستم بزرگ‌تر هم ثابت کنن، که تا الان بیشترین مقداریه که اونموقع ثبت شده.
ایده کارشون خیلی آینده‌داره؛ چون الان ماشینی داریم که به ما نشون می‌ده واقعاً کامپیوتر کوانتومی داره راه خودش رو می‌ره و ادا درنمیاره. این تکنیک‌ها کمک می‌کنه مهندس‌ها بتونن معمارهای مختلف کوانتومی رو راحت‌تر ارزیابی کنن، بفهمن که سیستم چه موقع‌هایی دیگه رفتار کوانتومیشو از دست می‌ده و خلاصه راه رو واسه ساخت کامپیوترای کوانتومی بزرگ‌تر و قوی‌تر باز می‌کنه.
راستی بگم که تو همین چند وقت اخیر، کلی پیشرفت دیگه تو دنیای کوانتومی بوده: مثلاً مایکروسافت تونسته اشتباهات تو کامپیوترهای کوانتومی رو هزار برابر کمتر کنه! یا یه تراشه ساختن که ارسال اینترنت کوانتومی رو راحت‌تر می‌کنه. حتی یه ماشین مجازی کوانتومی ساختن که محاسبات رو فوق‌العاده سریعتر می‌کنه. خلاصه اینکه، دوران کوانتوم تازه داره اوج می‌گیره و کلی اتفاق خفن تو راهه!
منبع: +
