کوانتوم میتواند تغییرات بیشتری ایجاد کند یا هوش مصنوعی؟

به گزارش مجله خبری نگار/خرداد،مکانیک کوانتومی شاخه‌ای عجیب و تا حدی نظری از فیزیک مفهومی به‌غایت دشوار و پیچیده است. این علم با ذرات بسیار ریز و رفتار‌های غیرقابل پیش‌بینی آنها سر و کار دارد، رفتاری که مسیر تازه‌ای از توان علمی را پیش روی بشر گشوده است.

با این حال، همین پیچیدگی سرسام‌آور شاید یکی از دلایل باشد که فناوری کوانتومی هنوز در سایه درخشش هوش مصنوعی مانده است؛ ستاره‌ای که این روز‌ها تمام توجهات دنیای فناوری را به خود جلب کرده است. این در حالی است که غول‌های فناوری مانند مایکروسافت و گوگل در ماه‌های اخیر، خبر‌های مهمی از پیشرفت‌های بزرگ خود در حوزه کوانتوم منتشر کرده‌اند. به‌طور کلی، می‌توان گفت که کوانتوم بیش‌تر با سخت‌افزار مانند حسگر‌ها و رایانه‌ها شناخته می‌شود، در حالی که هوش مصنوعی عمدتاً در حوزه‌ی نرم‌افزار تعریف می‌شود؛ هرچند هر دو به یکدیگر وابسته‌اند.

ترکیب این دو فناوری، شاید روزی منجر به تولد گونه‌ای از فناوری شود که از هر آنچه بشر تاکنون ساخته، قدرتمندتر باشد؛ هرچند همان‌طور که برایان هاپکینز، معاون و تحلیلگر ارشد شرکت پژوهشی Forrester هشدار می‌دهد، واژه‌ی «شاید» در این پیش‌بینی، بار سنگینی را بر دوش دارد: «پتانسیل وجود دارد، اما هنوز نمی‌توان حکم قطعی داد. آزمایش‌های اولیه نویدبخش‌اند، اما همه نشان می‌دهند که برای استفاده واقعی از اثرات کوانتومی در هوش مصنوعی، به رایانه‌های کوانتومی بسیار قدرتمندتر و تحقیقات نوآورانه‌تری نیاز داریم.»

از نظر ارزش اقتصادی، هر دو حوزه جذاب و سودآورند. بر اساس گزارش مک‌کینزی، ارزش صنعت کوانتوم می‌تواند تا سال ۲۰۲۵ به ۹۷ میلیارد دلار (حدود ۷۴ میلیارد پوند) برسد. در مقابل، ارزش بازار هوش مصنوعی در سطح تریلیون‌ها دلار پیش‌بینی می‌شود. اما هر دو فناوری در معرض خطر اغراق و حباب رسانه‌ای هستند. هاپکینز در این باره با طنز می‌گوید: «قبلاً فکر می‌کردم رایانش کوانتومی بیشترین اغراق را در میان فناوری‌ها دارد، تا اینکه تب هوش مصنوعی از راه رسید.»

در اواسط اکتبر، تحلیل‌گران هشدار دادند که ارزش برخی از سهام شرکت‌های کلیدی در حوزه کوانتوم ممکن است تا ۶۲ درصد سقوط کند هم‌زمان که زمزمه‌های ایجاد حباب در بازار هوش مصنوعی نیز شدت گرفته است.

خطا، نقطه مشترک هوش مصنوعی و کوانتوم

هر دو فناوری با خطا‌های ذاتی روبه‌رو هستند. در حالی که کاربران امروزه با «توهمات» ابزار‌های مولد هوش مصنوعی (مانند ChatGPT یا Gemini) آشنا شده‌اند، رایانش کوانتومی با نوع دیگری از خطا دست و پنجه نرم می‌کند. در اینجا، خطا‌ها ناشی از ناپایداری محیطی‌اند؛ ذرات کوانتومی باید در شرایطی فوق‌العاده ظریف و حساس فعالیت کنند که کوچک‌ترین تغییر در نور یا صدا می‌تواند حالت آنها را مختل کند. به همین دلیل، ایجاد محیطی پایدار برای چنین محاسباتی به‌شدت دشوار است.

این هفته، ایلان ماسک در شبکه X (توییتر سابق) گفت: «رایانش کوانتومی احتمالاً در دهانه‌های همیشه‌تاریک ماه بهترین عملکرد را خواهد داشت.» رایانه‌های کوانتومی ظاهری کاملاً متفاوت از رایانه‌های سنتی دارند. هنوز قالب طراحی مشخصی برای آنها وجود ندارد، اما بیشترشان در حال حاضر سازه‌هایی عظیم با ظاهری شبیه به عروس دریایی فلزی هستند. این ماشین‌ها برای کارکرد به دما‌های بسیار پایین و پرتو‌های لیزر نیاز دارند، و طبیعتاً در خانه یا جیب کسی جای نمی‌گیرند.

در این میان، برخی پژوهشگران راه‌هایی برای ساده‌سازی این سیستم‌ها یافته‌اند. برای نمونه، استفاده از الماس‌های مصنوعی در ساخت کیوبیت‌ها (واحد بنیادین محاسبه‌ی کوانتومی) موجب شده بتوانند در دما‌های نزدیک به محیط نیز عمل کنند. شرکت جواهرسازی دی بیرز (De Beers) از سال ۲۰۲۰ از طریق شرکت زیرمجموعه‌اش Element Six، «اولین الماس کوانتومی همه‌منظوره» جهان را عرضه کرد و در همکاری با خدمات وب آمازون (AWS) در حال بهینه‌سازی این الماس‌ها برای شبکه‌های آینده‌ی ماشین‌های کوانتومی است.

در حال حاضر، در سراسر جهان حدود ۲۰۰ رایانه کوانتومی فعال وجود دارد (اگرچه چین تعداد دقیق دستگاه‌های خود را اعلام نکرده است). اما همین شمار اندک، مانع از اظهارنظر‌های جسورانه کارشناسان نشده است. راجیب هازرا، مدیرعامل شرکت Quantinuum (که اخیراً ارزش آن به ۱۰ میلیارد دلار رسیده)، در گفت‌و‌گو با پادکست Tech Life بی‌بی‌سی گفت: «ما به‌عنوان مصرف‌کننده، اثرات محاسبات کوانتومی را در تقریباً همه جنبه‌های زندگی خود لمس خواهیم کرد. از نظر من، حوزه رایانش کوانتومی از نظر وسعت کاربرد، اگر به اندازه هوش مصنوعی اهمیت نداشته باشد بیشتر از آن اهمیت دارد.

کاربرد‌های کوانتوم

سر پیتر نایت، از برترین فیزیک‌دانان کوانتومی بریتانیا، در گفت‌و‌گو با برنامه‌ی The Life Scientific رادیو ۴ بی‌بی‌سی گفت: «چیز‌هایی که حتی قوی‌ترین ابررایانه‌های امروزی برای محاسبه‌شان به طول عمر جهان نیاز دارند، احتمالاً در رایانه‌های کوانتومی در عرض چند ثانیه انجام خواهند شد.»

همانند هوش مصنوعی، یکی از پرکاربردترین زمینه‌های تحقیق در کوانتوم، پزشکی و سلامت است. رایانه‌های کوانتومی قادر خواهند بود میلیون‌ها ترکیب مولکولی را به سرعت تحلیل کنند تا دارو‌های تازه‌ای بیابند فرایندی که در حال حاضر سال‌ها زمان می‌برد. برای درک مقیاس این توانایی: در دسامبر ۲۰۲۴، گوگل تراشه‌ای جدید به نام Willow معرفی کرد که می‌تواند مسئله‌ای را در ۵ دقیقه حل کند مسئله‌ای که سریع‌ترین ابررایانه‌های جهان برای حل آن به ۱۰ سپتیلیون سال (۱۰ به توان ۲۴ سال) زمان نیاز دارند.

هازرا معتقد است این توان می‌تواند به عصر دارو‌های شخصی‌سازی‌شده منجر شود؛ جایی که هر فرد به جای نسخه‌های عمومی، دارویی منحصر‌به‌فرد متناسب با بدن خود دریافت می‌کند. این قابلیت همچنین می‌تواند به فرایند‌های شیمیایی گسترده‌تری مانند تولید کود‌های کشاورزی کارآمدتر کمک کند که تحولی بزرگ برای کشاورزی در جهان است.

حسگر‌های کوانتومی که بر اساس اصول مکانیک کوانتوم عمل می‌کنند، دقت اندازه‌گیری بی‌سابقه‌ای دارند و در تجهیزاتی مانند ساعت‌های اتمی به کار می‌روند. در سال ۲۰۱۹، پژوهشگران دانشگاه ناتینگهام از این حسگر‌ها در دستگاهی به اندازه‌ی کلاه دوچرخه‌سواری استفاده کردند تا بتوانند اسکن مغز کودکان مبتلا به صرع را بدون نیاز به بی‌حرکت ماندن انجام دهند. این گامی مهم در مطالعات شناختی به شمار می‌رود. در سال گذشته نیز دانشمندان کالج امپریال لندن، نوعی قطب‌نمای کوانتومی را در شبکه متروی لندن آزمایش کردند — سامانه‌ای که بدون نیاز به GPS کار می‌کند و می‌تواند موقعیت اشیاء را حتی در زیر زمین، با دقتی بالا تعیین کند.

مایکل کاتبرت، مدیر مرکز ملی محاسبات کوانتومی بریتانیا، در این باره می‌گوید: «اقتصاد بریتانیا روزانه بیش از یک میلیارد پوند به سامانه‌های GPS وابسته است. اما این فناوری در برابر پارازیت و جعل سیگنال آسیب‌پذیر است. استفاده از ساعت‌ها و ژیروسکوپ‌های کوانتومی می‌تواند زیرساخت‌های حیاتی ما را در برابر این تهدیدات مقاوم کند.»

شبکه ملی برق بریتانیا نیز در حال بررسی کاربرد کوانتوم برای مدیریت توزیع بار انرژی (load shedding) است؛ یعنی چگونگی استفاده بهینه از هزاران منبع تولید برق برای جلوگیری از خاموشی‌ها. همچنین شرکت ایرباس با همکاری شرکت کوانتومی IonQ در حال آزمایش الگوریتم‌های کوانتومی برای چیدمان بهینه بار در هواپیماهاست؛ تغییری کوچک در مرکز ثقل هواپیما می‌تواند هزاران کیلوگرم سوخت اضافه مصرف کند.

با همه‌ی این امیدها، نباید از جنبه‌ی تاریک کوانتوم غافل شد. تقریباً تمام کارشناسان امنیت سایبری معتقدند که رایانه‌های کوانتومی در آینده قادر خواهند بود تمام روش‌های رمزنگاری فعلی را بشکنند. یعنی هیچ داده‌ای، از پیام شخصی تا اسناد محرمانه‌ی دولتی، در امان نخواهد بود. آلن وودوارد، استاد امنیت سایبری دانشگاه ساری، توضیح می‌دهد: «دولت‌ها هم‌اکنون در حال سرقت داده‌های رمزگذاری‌شده‌ی یکدیگرند تا روزی که رایانه‌های کوانتومی واقعی ساخته شوند، بتوانند آن داده‌ها را رمزگشایی کنند. به این راهبرد می‌گویند: اکنون جمع‌آوری کن، بعداً رمزگشایی کن.»

به گفته او، تهدید به‌قدری جدی است که باید از همین حالا به سراغ رمزنگاری مقاوم در برابر کوانتوم رفت. لحظه‌ای که چنین رایانه‌ای واقعاً ساخته شود، در جامعه فناوری به نام روز Q (Q-day) شناخته می‌شود. پیش‌بینی‌ها درباره زمان وقوع آن متفاوت است، اما هاپکینز از Forrester می‌گوید احتمال دارد تا حدود سال ۲۰۳۰ فرا برسد.

برخی شرکت‌ها مانند اپل و پیام‌رسان سیگنال، سامانه‌های رمزگذاری «پساکوانتومی» را معرفی کرده‌اند، اما این فناوری‌ها نمی‌توانند داده‌های قدیمی را که با روش‌های سنتی رمزگذاری شده‌اند، محافظت کنند. در ماه اکتبر، دنیل شو، رئیس پیشین طراحی رمزنگاری در سازمان امنیت سایبری بریتانیا (GCHQ)، هشدار داد که تقریباً تمام شهروندان بریتانیایی ممکن است داده‌هایشان در حملات سایبری دولتی چین به خطر افتاده باشد. داده‌هایی که اکنون جمع‌آوری شده‌اند تا روزی که فناوری رمزگشایی کوانتومی فراهم شود، مورد استفاده قرار گیرند.

در حالی که هوش مصنوعی در خط مقدم توجهات جهانی ایستاده، کوانتوم آرام و بی‌صدا در حال شکل دادن به آینده‌ای است که شاید از آن هم انقلابی‌تر باشد. از دارو‌های اختصاصی و انرژی پایدار گرفته تا ناوبری دقیق و تهدید‌های جدید سایبری، رایانش کوانتومی هم فرصت است و هم خطر. شاید همان‌طور که یکی از دانشمندان گفت، تنها زمانی که کوانتوم را درک کنیم، تازه متوجه شویم که دیگر دیر شده است.