در دنیای محاسبات پیشرفته، کامپیوترهای کوانتومی یکی از جذاب‌ترین و پرچالش‌ترین فناوری‌ها محسوب می‌شوند. این سیستم‌ها، برخلاف کامپیوترهای کلاسیک، از کیوبیت‌ها برای پردازش داده‌ها استفاده می‌کنند که به آنها امکان حل مسائل پیچیده را در زمانی بسیار کوتاه‌تر می‌دهد. با این حال، فناوری کوانتومی هنوز در مراحل اولیه خود قرار دارد و چالش‌هایی مانند پایدارسازی کیوبیت‌ها و افزایش مقیاس‌پذیری مانع از استفاده گسترده آن شده است. به همین دلیل، ترکیب محاسبات کوانتومی با ابرکامپیوترهای کلاسیک می‌تواند یک راهکار میان‌مدت برای بهره‌گیری از قدرت کوانتومی در حل مسائل علمی و صنعتی باشد. ژاپن با راه‌اندازی اولین ابرکامپیوتر کوانتومی هیبریدی جهان، گامی مهم در این مسیر برداشته است.
ترکیب قدرت کوانتومی و کلاسیک؛ یک تحول در پردازش داده ها
مهندسان ژاپنی موفق شده‌اند کامپیوتر کوانتومی ۲۰ کیوبیتی Reimei را با ابرکامپیوتر Fugaku، که در حال حاضر ششمین ابرکامپیوتر سریع جهان است، ادغام کنند. این ترکیب، که در مؤسسه علمی Riken در توکیو قرار دارد، امکان اجرای محاسباتی را فراهم می‌کند که برای ابرکامپیوترهای معمولی بسیار زمان‌بر است. هدف از این سیستم هیبریدی، تسریع محاسبات در حوزه‌هایی مانند فیزیک، شیمی و علوم مواد است.
پیشگامان فناوری هیبریدی در جهان
این نخستین بار نیست که دانشمندان تلاش می‌کنند کامپیوترهای کوانتومی را با ابرکامپیوترها ادغام کنند. در ژوئن ۲۰۲۴، شرکت IQM در آلمان یک پردازنده کوانتومی ۲۰ کیوبیتی را با ابرکامپیوتر SuperMUC-NG ترکیب کرد. اما این پروژه هنوز در مرحله آزمایش قرار دارد و زمان عملیاتی شدن کامل آن مشخص نیست. تفاوت سیستم جدید ژاپنی این است که کاملاً وارد فاز عملیاتی شده و به عنوان یک پلتفرم واقعی برای تحقیقات علمی مورد استفاده قرار می‌گیرد.
چرا ترکیب کامپیوترهای کوانتومی و کلاسیک اهمیت دارد؟
کامپیوترهای کوانتومی از لحاظ تئوری، توانایی انجام محاسباتی را دارند که کامپیوترهای امروزی در میلیون‌ها سال انجام می‌دهند. اما چالش‌های فنی مانند پایداری کیوبیت‌ها، میزان خطا و هزینه‌های بالا مانع از استفاده گسترده آنها شده است. به همین دلیل، مدل‌های هیبریدی که قدرت پردازشی ابرکامپیوترهای کلاسیک را با ویژگی‌های منحصربه‌فرد محاسبات کوانتومی ترکیب می‌کنند، یک راه‌حل میان‌مدت محسوب می‌شوند تا محققان بتوانند از قابلیت‌های کوانتومی در عمل بهره‌برداری کنند.
تفاوت فناوری Reimei با سایر کامپیوترهای کوانتومی
بیشتر کامپیوترهای کوانتومی امروزی از کیوبیت‌های ابررسانا برای پردازش اطلاعات استفاده می‌کنند. اما کامپیوتر کوانتومی Reimei از کیوبیت‌های تله‌یونی (trapped-ion qubits) بهره می‌برد. این تفاوت چندین مزیت مهم دارد:
- اتصالات پیشرفته‌تر: کیوبیت‌های تله‌یونی امکان ارتباطات پیچیده‌تر بین کیوبیت‌ها را فراهم می‌کنند که در طراحی الگوریتم‌های کوانتومی پیشرفته مؤثر است.
- دقت بالاتر: این کیوبیت‌ها به دلیل کنترل دقیق‌تر و نویز کمتر، خطای کمتری نسبت به کیوبیت‌های ابررسانا دارند.
- انعطاف‌پذیری بیشتر: در این فناوری، امکان حرکت فیزیکی کیوبیت‌ها وجود دارد که توسعه روش‌های پردازشی جدید را ممکن می‌سازد.
در مقابل، کیوبیت‌های ابررسانا به دلیل سرعت بالای گیت‌ها و سهولت پیاده‌سازی روی تراشه‌ها، گزینه محبوب‌تری برای مقیاس‌پذیری در آینده محسوب می‌شوند. با این حال، انتخاب ژاپن برای استفاده از کیوبیت‌های تله‌یونی نشان می‌دهد که این فناوری مزایای خاصی برای پروژه‌های تحقیقاتی دارد.
نتیجه گیری
راه‌اندازی اولین ابرکامپیوتر کوانتومی هیبریدی جهان در ژاپن، یک گام بزرگ در پیشرفت محاسبات پیشرفته محسوب می‌شود. ترکیب قدرت کوانتومی با ابرکامپیوترهای کلاسیک می‌تواند به حل مسائل پیچیده علمی و صنعتی کمک کند و در عین حال، محدودیت‌های فعلی فناوری کوانتومی را کاهش دهد. این رویکرد یک مسیر عملی برای بهره‌برداری از محاسبات کوانتومی در آینده نزدیک است و می‌تواند راه را برای نسل بعدی فناوری‌های پردازشی هموار کند.