موجز ۱ از ۵ · ۴ دقیقه
خداحافظ سیلیکون
در سال ۲۰۱۹، گوگل رایانه‌ای کوانتومی به نام سیکامور ساخت. این رایانه می‌توانست فقط در ۲۰۰ ثانیه مسئله‌ی ریاضی پیچیده‌ای را حل کند که حل آن برای سریع‌ترین ابررایانه‌ی فعلی ما ۱۰٬۰۰۰ سال طول می‌کشید. در رایانش دیجیتال، واحد پایه‌ی اطلاعات بیت است؛ درحالی‌که در رایانش کوانتومی، واحد پایه‌ی اطلاعات کیوبیت است. سیکامور با ۵۳ کیوبیت کار می‌کند؛ در آن زمان، همین ویژگی سیکامور را به قدرتمندترین رایانه‌ی جهان تبدیل کرده بود.
اما فقط دو سال بعد، مؤسسه‌ی نوآوری کوانتومی در چین ادعا کرد که رایانه‌ی کوانتومی آن‌ها ۱۰۰ تریلیون برابر سریع‌تر از ابررایانه‌هاست. این رایانه با ۱۱۳ کیوبیت کار می‌کرد.
در ۱۶ نوامبر همان سال، ایگلِ آی‌بی‌ام رونمایی شد که با ۱۲۷ کیوبیت از هر دوی آن‌ها پیشی گرفت. یک سال بعد، آی‌بی‌ام آسپری را با ۴۳۳ کیوبیت عرضه کرد.
وقتی یک رایانه‌ی کوانتومی بتواند در کاری مشخص بهتر از یک رایانه‌ی دیجیتال عمل کند، این وضعیت برتری کوانتومی نامیده می‌شود. روشن است که همین حالا هم به این نقطه رسیده‌ایم. از این گذشته، تازه قدم‌های ابتدایی را در کشف امکانات موجود برداشته‌ایم.
رایانش کوانتومی به چندین روش متفاوت عمل می‌کند. بیشتر مخترعان از اتم‌های درهم‌تنیده استفاده می‌کنند؛ کمی بعد بیشتر به این موضوع می‌پردازیم. اما چند پژوهشگر راهی یافته‌اند که با استفاده از آرایشی دست‌وپاگیر و مبتنی بر آینه، اطلاعات را از طریق پرتوهای نور ارسال کنند. رقابت بر سر این است که چه کسی نخستین بار این فناوری را بهینه می‌کند. اما هنوز سال‌های زیادی با داشتن رایانه‌ی کوانتومی کارآمدی فاصله داریم که بتواند مسائل واقعی را در زمینه‌های گوناگون، از پزشکی گرفته تا سوخت و امنیت سایبری، حل کند.
با این حال، به نظر می‌رسد عصر سیلیکون رو به پایان است. قانون مور، که نخستین بار در سال ۱۹۶۵ مطرح شد، می‌گوید تعداد ترانزیستورهایی که می‌توان در یک ریزتراشه جای داد، هر ۱۸ ماه دو برابر می‌شود. در عمل، این یعنی قدرت رایانه هم هر ۱۸ ماه دو برابر می‌شود. اما اگر همچنان عمدتاً از سیلیکون استفاده کنیم، این قانون در آینده‌ای بسیار نزدیک دیگر صادق نخواهد بود.
واقعیت این است که رایانه‌های دیجیتال دارند به سقف توانایی خود برای حل مسائل بزرگ‌مقیاس می‌رسند؛ یا دست‌کم به سقف توانایی خود برای حل این مسائل با سرعتی می‌رسند که به اندازه‌ی کافی مفید باشد. اما رایانه‌های کوانتومی می‌توانند با سرعت‌های باورنکردنی و توانایی تحلیل هم‌زمان مسیرها و مسائل متعدد برای ایجاد بهترین راه‌حل، ما را وارد عصری تازه کنند.
پس چه چیزی رایانه‌های کوانتومی را این‌قدر قدرتمند می‌کند؟ دو عامل کلیدی در این قدرت نقش دارند.
عامل نخست، برهم‌نهی است؛ یعنی توانایی یک اتم برای حضور در چندین حالت به‌طور هم‌زمان. رایانه‌های کوانتومی به همین شیوه می‌توانند مسائل را با چنین سرعتی حل کنند: با تحلیل هم‌زمان همه‌ی مسیرها برای تعیین مسیر کمترین کنش.
عامل دوم درهم‌تنیدگی نام دارد. این حالت زمانی رخ می‌دهد که دو اتم با یکدیگر وارد برهم‌کنش می‌شوند، اطلاعات را به اشتراک می‌گذارند و حتی وقتی فاصله‌ی زیادی از یکدیگر دارند، این ارتباط را حفظ می‌کنند.
حالا احتمالاً همین حالا هم از خود می‌پرسید: چطور می‌توانم به یکی از این رایانه‌های کوانتومی دست پیدا کنم؟ چرا هنوز همه‌ی فناوری‌ها بر رایانش کوانتومی استوار نیستند؟ مشکل این است که یک چالش اصلی وجود دارد؛ این چالش به چیزی مربوط می‌شود که همدوسی نام دارد.
برای اینکه رایانه‌های کوانتومی کار کنند، سامانه باید کاملاً پایدار باشد. اتم‌ها شکننده‌اند؛ کوچک‌ترین اختلال آن‌ها را به هم می‌ریزد. بنابراین رایانه‌های کوانتومی در شکل کنونی خود باید در سامانه‌هایی قرار بگیرند که آن‌ها را در دمای صفر مطلق نگه می‌دارند.
با این حال، امیدی وجود دارد. مادر طبیعت در دماهای معمول، طی فرایند کوچکی به نام فتوسنتز، به همدوسی دست می‌یابد. بنابراین دانشمندان در حال بررسی چگونگی دستیابی به همدوسی در طبیعت هستند، به این امید که راهی برای بازآفرینی این فرایند در رایانه پیدا کنند.
اما پیش از اینکه درباره‌ی کاربردهای عملی رایانه‌های کوانتومی صحبت کنیم، بیایید نگاهی کوتاه به گذشته بیندازیم و ببینیم چطور به اینجا رسیدیم.