ژاپن به تازگی از اولین کامپیوتر کوانتومی ابررسانای خودش رونمایی کرده که قطعات و نرم‌افزارش کاملا در داخل این کشور ساخته شده. این کامپیوتر در مرکز اطلاعات و زیست‌شناسی کوانتومی دانشگاه اوزاکا (QIQB) راه‌اندازی شد. این اتفاق نشون میده که ژاپن در زمینه محاسبات کوانتومی به چه توانایی فنی رسیده و میتونه یک سیستم کوانتومی کامل رو طراحی کنه، بسازه و یکپارچه کنه.
این پروژه که توسط QIQB، موسسه RIKEN و شرکت‌های بزرگ ژاپنی مثل ULVAC, Inc.، ULVAC CRYOGENICS INC.، e-trees.Japan, Inc.، QuEL, Inc.، QunaSys Inc.، Systems Engineering Consultants Co.,LTD.، TIS Inc. و Fujitsu Limited هدایت میشه، با جایگزین کردن قطعاتی که قبلا وارداتی بودن مثل یخچال رقیق‌سازی و یخچال لوله پالسی با نمونه‌های داخلی، به خودکفایی فنی کامل رسیده. علاوه بر این، کل اکوسیستم نرم‌افزاری، از فرانت‌اند تا بک‌اند، متن‌باز هست و در ژاپن با استفاده از ابزاری به نام OQTOPUS توسعه داده شده.
حرکت استارتاپ‌های کوانتومی به سمت کاربردهای واقعی
در حالی که ژاپن روی سیستم کامل خودش کار میکنه، شرکت‌های دیگه‌ای در سراسر دنیا دارن علم کوانتوم رو وارد کاربردهای عملی میکنن تا شیوه تشخیص بیماری‌ها، پیدا کردن مواد معدنی حیاتی و طراحی مواد جدید رو تغییر بدن. سه تا از این شرکت‌ها که زیرمجموعه Playground Global هستن، یعنی PsiQuantum، Ideon Technologies و NVision، در رویدادی به اسم «محاسبات نسل بعد» در هفته دیپ‌تک سان‌فرانسیسکو، دیدگاه خودشون رو که مبتنی بر حل مشکلات دنیای واقعی هست، ارائه دادن.
هدف یک میلیون کیوبیتی
شرکت PsiQuantum که در پالو آلتو قرار داره، هدف مشخصی رو دنبال میکنه: ساخت اولین کامپیوتر کوانتومی «تحمل‌پذیر در برابر خطا» که بتونه در حل مسائل مهم، از کامپیوترهای کلاسیک بهتر عمل کنه. در حالی که شرکت‌های دیگه با دستگاه‌های حدودا ۱۰۰ کیوبیتی از برتری کوانتومی حرف میزنن، PsiQuantum معتقده این سیستم‌ها خیلی محدودن و اونها رو به ماشین‌حساب‌هایی در دنیایی تشبیه میکنه که به کامپیوترهای قابل برنامه‌ریزی نیاز داره.
به گفته این شرکت، برای حل مشکلات بزرگ در زمینه‌هایی مثل شیمی، علم مواد و داروسازی، حداقل به یک میلیون کیوبیت تصحیح شده از نظر خطا نیاز هست. اینها حوزه‌هایی هستن که محاسبات کلاسیک در اونها با محدودیت‌های جدی روبرو میشه. این مسائل از نظر محاسباتی خیلی سنگین هستن چون شامل تعاملات در سطح کوانتومی میشن که نمیشه اونها رو با میانبر یا تقریب زدن حل کرد. کامپیوترهای کلاسیک، حتی با کمک هوش مصنوعی، نمیتونن سیستم‌های کوانتومی رو با دقت کامل شبیه‌سازی کنن. اما به گفته تیم PsiQuantum، یک کامپیوتر کوانتومی که از پایه برای دستکاری ذرات درهم‌تنیده طراحی شده، میتونه این کار رو انجام بده.
راه حل PsiQuantum استفاده از فوتون‌ها یا همون ذرات نور به عنوان کیوبیت هست. برخلاف کیوبیت‌های دیگه که با بزرگ شدن سیستم‌ها دچار تداخل و نویز میشن، فوتون‌ها به طور طبیعی با هم تعامل ندارن و برای سیستم‌های بزرگ مناسب‌ترن. PsiQuantum از فناوری ساخت سیلیکون استاندارد استفاده میکنه و با شرکت Global Foundries برای تولید تراشه‌های فوتونی در مقیاس تجاری همکاری میکنه. طراحی این سیستم به شکلیه که این تراشه‌ها رو از طریق فیبر نوری به هم متصل میکنه و دستگاه نهایی شبیه به یک مرکز داده با صدها کابینت خواهد بود که توسط یک سیستم برودتی با استفاده از هلیوم مایع خنک میشه. این شرکت تا الان هزاران ویفر و میلیون‌ها قطعه تولید کرده و معتقده که محاسبات کوانتومی فقط یک مسئله فیزیکی نیست، بلکه یک چالش مهندسی سیستم‌هاست.
استفاده از اشعه‌های کیهانی برای پیدا کردن مواد معدنی
شرکت کانادایی Ideon Technologies از سنجش کوانتومی برای یکی از نادیده گرفته‌شده‌ترین نقاط کور در زیرساخت‌های مدرن استفاده میکنه: زیر سطح زمین. پلتفرم این شرکت به نام REVEAL، از اشعه‌های کیهانی که به طور طبیعی وجود دارن (ذرات پرانرژی از فضا) برای تصویربرداری سه‌بعدی از داخل سیاره استفاده میکنه.
این اشعه‌ها وقتی به جو زمین برخورد میکنن، ذرات زیراتمی به نام «میون» تولید میکنن. میون‌ها میتونن تا عمق زیادی در سنگ‌ها نفوذ کنن و مسیرشون بسته به چگالی ماده‌ای که از اون عبور میکنن، تغییر میکنه. با قرار دادن آشکارسازهای میون در زیر زمین، Ideon تصاویری شبیه به سی‌تی اسکن از ساختارهای زمین‌شناسی بزرگ ایجاد میکنه.
بازار اصلی Ideon در حال حاضر معدن‌کاریه. عرضه جهانی فلزات حیاتی مثل مس، لیتیوم و کبالت تا سال ۲۰۵۰ با کمبودی به ارزش ۱۲ تریلیون دلار مواجه هست. با این حال، عملیات معدن‌کاری هنوز به داده‌های پراکنده حاصل از گمانه‌زنی و اسکن‌های با وضوح پایین متکیه. سنسورهای Ideon دید با وضوح بالاتری ارائه میدن که میتونه حدس و گمان رو کم کنه و استخراج هدفمندتر، کارآمدتر و سازگارتر با محیط زیست رو ممکن کنه. برخلاف تکنیک‌های ژئوفیزیکی سنتی، رویکرد Ideon غیرفعال، غیرتهاجمی و مقیاس‌پذیره.
دیدن متابولیسم بدن
در حالی که PsiQuantum روی محاسبات کوانتومی کار میکنه و Ideon به اکتشافات زیرزمینی فکر میکنه، شرکت آلمانی NVision از علم کوانتوم برای نگاه به داخل بدن انسان استفاده میکنه. سیستم این شرکت به نام Polaris، با تقویت سیگنال رزونانس مغناطیسی مولکول‌های خاصی که در اسکن‌های MRI استفاده میشن، تصویربرداری متابولیک رو ممکن میکنه.
دستگاه‌های MRI سنتی از مولکول‌های آب برای نمایش آناتومی بدن تصویربرداری میکنن، اما نمیتونن فرآیندهای متابولیکی که بافت سالم رو از بیمار متمایز میکنه، ثبت کنن. برای مثال، سلول‌های سرطانی قند رو متفاوت از سلول‌های سالم متابولیزه میکنن، پدیده‌ای که اولین بار در سال ۱۹۲۵ مشاهده شد. این تفاوت متابولیک میتونه سیگنالی برای تشخیص زودهنگام باشه، اما سیگنال‌ها برای سیستم‌های MRI استاندارد خیلی ضعیف هستن.
NVision این مشکل رو با استفاده از یک پدیده کوانتومی به نام «قطبش هسته‌ای پویا» حل میکنه. سیستم Polaris با هم‌راستا کردن اسپین‌های هسته‌ای مولکول‌های قند قبل از ورود به بدن، سیگنال مغناطیسی رو ۱۰۰ هزار برابر تقویت میکنه. این کار باعث میشه که داده‌های متابولیک به صورت زنده روی تصاویر آناتومیک MRI قرار بگیرن و بینش بهتری از بیولوژی سرطان در مراحل خیلی زودتر از روش‌های فعلی ارائه بدن. کاربردهای این فناوری شامل تشخیص زودهنگام سرطان پانکراس، نظارت بر پیشرفت سرطان پروستات و ارزیابی سریع اثربخشی درمان میشه.
برخلاف اسکنرهای PET که از ردیاب‌های رادیواکتیو استفاده میکنن، Polaris با دستگاه‌های MRI که از قبل در بیمارستان‌ها نصب شدن، کار میکنه و میشه اون رو به زیرساخت‌های موجود اضافه کرد. NVision معتقده این فناوری میتونه نحوه مطالعه بیماری‌های متابولیک مثل آلزایمر رو هم متحول کنه.
کوانتوم در دسترس عموم
با وجود کار در حوزه‌های متفاوت، این شرکت‌ها یک رویکرد مشترک دارن: حل مشکلات مشخص و فوری با استفاده از مزایای منحصربه‌فرد علم کوانتوم. این روند نشون میده که کوانتوم دیگه محدود به مقالات تحقیقاتی و آزمایشگاه‌های دانشگاهی نیست و در حال تبدیل شدن به یک مجموعه ابزار برای صنعته. شرکت‌ها به جای اینکه منتظر رسیدن یک کامپیوتر کوانتومی همه‌منظوره باشن، دارن فناوری‌های کوانتومی رو برای کاربردهایی که جایگزین کلاسیکی ندارن، طراحی میکنن.
در همین راستا، ژاپن هم قصد داره این فناوری پیشرفته رو به نمایش بذاره. بازدیدکنندگان نمایشگاه اکسپو ۲۰۲۵ اوزاکا، میتونن از طریق یک غرفه ویژه با این کامپیوتر کوانتومی تعامل داشته باشن. از ۱۴ تا ۲۰ آگوست، نمایشگاه ویژه‌ای با عنوان «entangle moment – [quantum, ocean, universe] x art» برگزار میشه که در اون قطعات کامپیوتر کوانتومی ساخت ژاپن به نمایش درمیاد. بازدیدکننده‌ها این فرصت رو دارن که از طریق دسترسی ابری به سیستم متصل بشن و برنامه‌های کوانتومی ساده‌ای رو اجرا کنن. این نمایشگاه که با همکاری پروفسور آکیهیرو کوبوتا از دانشگاه هنر تاما طراحی شده، شامل هنر تولید شده توسط کامپیوتر کوانتومی هم خواهد بود تا پلی بین علم و هنر ایجاد کنه.
دیدگاهتان را بنویسید