تصور کنید یک چیپ درخشان که تا نزدیکی صفر مطلق خنک شده، با حالتهای کوانتومی شکننده زمزمه میکند و برخلاف انتظار، قطعهای از هندسه را اجرا میکند. این یک اکسسوار علمیتخیلی نیست. این یک پردازندهی اَبَررسانای ۱۲۱ کیوبیتی است که توسط تیمی از دانشگاههای ژجیانگ و تسینگهوا اداره میشود، و از آن برای اجرای اثباتهای قابلبررسی توسط ماشین برای دو قضیهٔ هندسی استفاده شد: یکی یک واقعیت درسی دربارهٔ مربع و دیگری گرهای منطقی از المپیاد بینالمللی ریاضی ۱۹۷۸.
موضوع به دنبال یافتن تصادفی پاسخی غیرمنتظره توسط ماشین نیست. پژوهشگران از پیش میدانستند نتایج درست چه شکلی دارند. سرعت هم خبر اصلی نبود؛ کامپیوترهای کلاسیک از نظر توان محاسباتی خام میتوانند این دستگاه کوانتومی را شکست دهند. نقطهٔ عطف واقعی ماهیتی فلسفی دارد: زنجیرههای منطقی استدلالهای ریاضی بهصورت عینی روی سختافزار کوانتومی پیادهسازی و اجرا شدند.
با مسائل کوچک شروع کنید. مشکل اول ماشینآلات جبر کوانتومی را آزمایش کرد: یک مربع رسم کنید، قطرها را وصل کنید، نشان دهید که در زاویهٔ قائمه با هم تلاقی میکنند. برای این کار تیم از استراتژی ترکیبیای استفاده کرد که ریشه در روش کلاسیک وو برای هندسهٔ جبری دارد، بازسازیشده بهگونهای که مدارهای کوانتومی بتوانند دستکاریهای جبری را نمایش دهند. مدارهای کوتاه پیشنهادهای تبدیل را مطرح کردند. اندازهگیریها آنها را بررسی کردند. قدمبهقدم، پردازنده یک اثبات جبری را اجرا کرد.
چالش دوم دشوارتر بود. مسئلهای به سبک المپیاد با دایرهها و مثلثهای متقاطع نیازمند مانورهای نمادین پیچیدهتری بود. در اینجا پژوهشگران از رویکرد جستوجوی اثبات نمادین استفاده کردند که در آن مدارهای کوانتومی گامهای نامزد را پیشنهاد میدادند، قواعد تبدیل را اعمال میکردند و ارزیابی میکردند که آیا آن گامها در پیشبرد استدلال موثر هستند یا نه. به مدارها میتوان مانند شاگردان آزمایشی نگاه کرد: حرکتی انجام بده، آن را آزمایش کن، اگر مفید بود نگهش دار.
چرا این مهم است؟ چون نشان میدهد ماشینهای کوانتومی میتوانند بیش از تسریع حساب یا شبیهسازی شیمی انجام دهند: میتوان آنها را مهندسی کرد تا فرمولهای انتزاعی و زنجیرههای منطقی را دستکاری کنند. این دید رایج از پردازندههای کوانتومی بهعنوان صرفاً محاسبگرهای عددی را دگرگون میکند. با کدگذاری دقیق، کیوبیتها میتوانند استنتاجهای منطقی را حمل و آزمون کنند، حتی در مواجهه با نویز و ناپایداریهایی که مدتها چنین کدگذاریهایی را غیرعملی میپنداشتند.
نکات احتیاطی مهمی وجود دارد. اثباتها بهطور گستردهای توسط طراحی انسانی هدایت شدهاند و سیستمهای کلاسیک همچنان برای این وظایف بسیار سریعتر و قابلاطمینانترند. اما این آزمایش نشان میدهد که ساختارهای اثبات منطقی را میتوان روی سختافزار کوانتومی نگاشت و بهصورت تجربی اجرا کرد. با بالا رفتن شمار کیوبیتها و پیشرفت در تصحیح خطا، اثباتکنندههای قضایا با ترکیب کلاسیک و کوانتومی ممکن است از نمایشهای کنجکاوانه به ابزارهای عملی تبدیل شوند که اثباتها را به شیوههای نو کشف میکنند.
کدام مسئلهٔ دیرینه قدمبهقدم توسط یک مدار کوانتومی جلو رفته خواهد شد؟ این سوال حالا کمتر از چند سال پیش نظری بهنظر میرسد.
"به باور من علم در زندگی روزمره جریان دارد، از بدن ما تا سیارات دوردست. هر مقاله علمی میتواند الهامبخش باشد اگر آن را درست و با شوق روایت کنیم."
گفتگو
نظر بگذارید
نظرات
هنوز نظری ثبت نشده. اولین نفر باشید.