ملاقات هوش مصنوعی با فناوری کوانتومی

 فناوری کوانتوم شاید ناشناخته‌ترین و در عین حال سخت‌فهم‌ترین فناوری عصر ما باشد، اما به گفته فیزیکدانان، این فناوری با این وجود می‌تواند کاربردهای بیشماری داشته باشد و امکانات و نوآوری‌های خیره‌کننده‌ای را رقم بزند.

کوانتوم چیست؟

اصطلاح کوانتوم (quantum) در فیزیک به کمترین و گسسته‌ترین حالت و مقدار ممکن از یک کمیت، مقدار پایه یا یک کوانتوم آن کمیت می‌گویند.

فناوری کوانتومی نیز یکی از زمینه‌های نوظهور فیزیک و مهندسی است که بر اصول مکانیک کوانتومی متکی است. 

رایانش کوانتومی، حسگرهای کوانتومی، رمزنگاری کوانتومی، شبیه‌سازی کوانتومی، اندازه‌شناسی کوانتومی و تصویر کوانتومی همه نمونه‌هایی از فناوری‌های کوانتومی هستند، جایی که ویژگی‌های مکانیک کوانتومی، به ویژه درهم تنیدگی کوانتومی، برهم‌نهی کوانتومی و تونل‌زنی کوانتومی مهم هستند.

روز جهانی کوانتوم

این فناوری نیز به مانند بسیاری دیگر از فناوری‌ها، یک روز مخصوص به خود را در تقویم دارد تا جامعه بیش از پیش با آن آشنا شود. روز جهانی کوانتوم هر ساله در روز ۱۴ آوریل با هدف افزایش آگاهی و درک عمومی از علم و فناوری کوانتوم در سراسر جهان گرامی داشته می‌شود.

روز جهانی کوانتوم نخستین بار در سال ۲۰۲۱ به‌عنوان ابتکاری از سوی گروهی بین‌المللی از دانشمندان آغاز شد. سپس مهندسان، معلمان، مروجان علم، سازمان‌ها و دیگر افراد به این ابتکار پیوستند تا اولین روز جهانی کوانتوم را در ۱۴ آوریل ۲۰۲۲ جشن بگیرند.

گفتنی است که تاریخ ۱۴ آوریل به این دلیل انتخاب شد که «۴٫۱۴» نشان‌دهنده سه رقم اولِ گرد شده از ثابت پلانک (Planck Constant) یعنی ‌۴٫۱۴×۱۰⁻¹⁵ الکترون‌ولت‌ثانیه است.

جدیدترین فناوری مشترک دنیای هوش مصنوعی و کوانتوم

شرکت انویدیا(Nvidia) به تازگی از اولین مدل‌های هوش مصنوعی جهان که با موانع کوانتومی مقابله می‌کنند، رونمایی کرده است.

این مدل‌های هوش مصنوعی موسوم به آیزینگ(Ising) با بهبود کالیبراسیون و تصحیح خطا، قصد دارند رایانه‌های کوانتومی را پایدارتر کنند.

انویدیا این خانواده جدید از مدل‌های هوش مصنوعیِ باز را با هدف حل دو مورد از بزرگترین چالش‌های رایانش کوانتومی، یعنی کالیبراسیون و تصحیح خطا، راه‌اندازی کرده است.

این مدل‌ها برای کمک به محققان و شرکت‌ها در ساخت سیستم‌های کوانتومی پایدارتر و مقیاس‌پذیرتر با بهبود نحوه تنظیم پردازنده‌های کوانتومی و نحوه شناسایی و تصحیح خطاها در زمان واقعی طراحی شده‌اند.

کامپیوترهای کوانتومی سیستم‌های بسیار حساسی هستند که حتی اختلالات کوچک نیز می‌توانند منجر به خطا در آنها شوند. رفع این مشکلات یکی از بزرگترین موانع ساخت ماشین‌هایی بوده است که بتوانند برنامه‌های کاربردی دنیای واقعی را در مقیاس بزرگ مدیریت کنند.

شرکت انویدیا می‌گوید مدل‌های Ising آن در مقایسه با رویکردهای سنتی، عملکردی تا 2.5 برابر سریع‌تر و دقت 3 برابر بالاتر در تصحیح خطای کوانتومی ارائه می‌دهند که گامی به سوی سخت‌افزار کوانتومی قابل اعتمادتر است.

خانواده Ising شامل ابزارهایی برای کالیبراسیون و رمزگشایی است. کالیبراسیون تضمین می‌کند که پردازنده‌های کوانتومی به درستی تنظیم شده‌اند، در حالی که رمزگشایی به شناسایی و اصلاح خطاهایی که در طول محاسبات رخ می‌دهند، کمک می‌کند.

مدل کالیبراسیون آیزینگ از یک رویکرد زبان بینایی برای تفسیر داده‌های اندازه‌گیری از پردازنده‌های کوانتومی استفاده می‌کند. این امر به عوامل هوش مصنوعی اجازه می‌دهد تا فرآیندهای کالیبراسیون را که به طور سنتی روزها طول می‌کشند، خودکار کرده و آنها را به ساعت‌ها کاهش دهند.

چرخه‌های کالیبراسیون سریع‌تر همچنین به محققان اجازه می‌دهد آزمایش‌های بیشتری انجام دهند و عملکرد سیستم را در طول زمان بهبود بخشند.

در بخش تصحیح خطا نیز «آیزینگ» از شبکه‌های عصبی سه‌بعدی برای پردازش داده‌های کوانتومی پیچیده در لحظه استفاده می‌کند.

این مدل‌ها از نظر سرعت و دقت بهینه شده‌اند و امکان اصلاح سریع‌تر خطاها را در هنگام وقوع فراهم می‌کنند. این امر برای حفظ انسجام در سیستم‌های کوانتومی در طول رایانش طولانی‌تر بسیار مهم است.

جنسن هوانگ(Jensen Huang)، بنیان‌گذار و مدیرعامل انویدیا گفت: هوش مصنوعی برای عملی کردن رایانش کوانتومی ضروری است. با «آیزینگ»، هوش مصنوعی به صفحه کنترل و سیستم عامل ماشین‌های کوانتومی تبدیل می‌شود.

به گفته وی، این مدل‌ها توسط طیف وسیعی از موسسات، از جمله آزمایشگاه‌های تحقیقاتی، دانشگاه‌ها و شرکت‌های محاسبات کوانتومی پذیرفته خواهند شد. کاربران اولیه شامل دانشگاه هاروارد، آزمایشگاه فِرمی، آزمایشگاه ملی لارنس برکلی و چندین شرکت کوانتومی تجاری هستند.

این سطح از پذیرش، نقش رو به رشد هوش مصنوعی در مدیریت سیستم‌های کوانتومی را برجسته می‌کند، به خصوص که محققان در حال تلاش برای ساخت معماری‌های ترکیبی کوانتومی-کلاسیک هستند.

این سیستم‌ها به هماهنگی تنگاتنگ بین پردازنده‌های کوانتومی و منابع محاسباتی کلاسیک متکی هستند.

انویدیا همچنین «آیزینگ» را به عنوان بخشی از یک اکوسیستم گسترده‌تر معرفی می‌کند. این مدل‌ها با پلتفرم CUDA-Q و اتصال سخت‌افزاری NVQLink آن ادغام می‌شوند و امکان تعامل در لحظه بین پردازنده‌های کوانتومی و پردازنده‌های گرافیکی کلاسیک را فراهم می‌کنند.

این شرکت این مدل‌ها را باز طراحی کرده و به توسعه‌دهندگان امکان دسترسی به ابزارها، داده‌ها و گردش‌های کاری را برای سفارشی‌سازی آنها برای تنظیمات مختلف سخت‌افزار کوانتومی می‌دهد. این امر می‌تواند به تسریع آزمایش‌ها کمک کند و در عین حال به سازمان‌ها اجازه دهد کنترل داده‌های خود را حفظ کنند. همچنین موانع را برای تیم‌های تحقیقاتی کوچک‌تر برای مشارکت در توسعه کوانتومی کاهش می‌دهد.

این راه‌اندازی نشان دهنده تلاش گسترده‌تر برای تبدیل رایانش کوانتومی از یک تلاش تحقیقاتی به یک فناوری کاربردی است.

مدل‌های هوش مصنوعی مانند «آیزینگ» با بهبود کالیبراسیون و تصحیح خطا می‌توانند به کاهش شکاف بین سیستم‌های تجربی فعلی و ماشین‌های کوانتومی مقیاس‌پذیر کمک کنند.