۱۹۹۸ و انقلاب NMR: وقتی دو کیوبیت مرزهای واقعیت را جابجا کردند
دهه ۹۰ میلادی برای دنیای محاسبات، دوران گذار از رویاپردازیهای نظری به واقعیتهای مهندسی بود. در حالی که فیزیکدانانی نظیر ریچارد فاینمن و دیوید دویچ دههها پیش پتانسیل عظیم محاسبات کوانتومی را پیشبینی کرده بودند، تا سال ۱۹۹۸ هیچکس نتوانسته بود این ایده را در قالب یک ماشین واقعی پیادهسازی کند. اما در این سال، تکنولوژی تشدید مغناطیسی هستهای (NMR) همه چیز را تغییر داد.
طلوع عصر کوانتوم در آزمایشگاه
در سال ۱۹۹۸، تیمی از دانشمندان به رهبری آیزاک چوانگ (از IBM و مرکز تحقیقات آلمادن) و نیل گرشنفلد (از MIT) موفق شدند اولین رایانه کوانتومی ۲ کیوبیتی جهان را با استفاده از مولکولهای کلروفرم (CHCl3) بسازند. این آزمایش نه تنها یک دستاورد فنی، بلکه یک نقطه عطف فلسفی در تاریخ محاسبات بود. آنها ثابت کردند که میتوان بر حالتهای کوانتومی ماده کنترل دقیق داشت و از آنها برای حل مسائل منطقی استفاده کرد.
چرا NMR؟
در آن زمان، برخلاف امروز که از کیوبیتهای ابررسانا یا تلههای یونی استفاده میشود، دانشمندان به سراغ تکنولوژی NMR رفتند. در این روش، از اسپین هستههای اتمی در یک میدان مغناطیسی قوی به عنوان کیوبیت استفاده میشد. در مولکول کلروفرم، هستههای هیدروژن و کربن-۱۳ به عنوان دو کیوبیت عمل میکردند. محققان با استفاده از پالسهای رادیویی، این اسپینها را دستکاری کرده و گیتهای منطقی کوانتومی را اجرا کردند.
اجرای الگوریتم دویچ-ژوزا
اهمیت اصلی آزمایش سال ۱۹۹۸ در این بود که آنها توانستند نسخه سادهای از الگوریتم «دویچ-ژوزا» را با موفقیت اجرا کنند. این الگوریتم ثابت میکرد که یک رایانه کوانتومی میتواند با تعداد مراحل کمتری نسبت به رایانههای کلاسیک، به پاسخ یک مسئله برسد. اگرچه دو کیوبیت برای حل مسائل پیچیده جهان کافی نبود، اما اثبات کرد که «برتری کوانتومی» یک مفهوم خیالی نیست.
میراث ماندگار ۱۹۹۸
اگرچه تکنولوژی NMR به دلیل محدودیت در مقیاسپذیری (ناتوانی در اضافه کردن تعداد زیادی کیوبیت) بعدها جای خود را به روشهای نوین داد، اما مسیر را برای نسلهای بعدی هموار کرد. این آزمایش به جامعه علمی اعتماد به نفس لازم را داد تا سرمایهگذاریهای سنگینی روی سختافزارهای کوانتومی انجام دهند.
- اثبات امکانپذیری کنترل همدوس بر کیوبیتها.
- نخستین نمایش عملی تصحیح خطا و گیتهای منطقی در مقیاس مولکولی.
- تبدیل شدن رایانش کوانتومی از فیزیک نظری به یک شاخه معتبر در علوم کامپیوتر.
امروز که ما درباره رایانههای کوانتومی با صدها کیوبیت صحبت میکنیم، نباید فراموش کنیم که همه چیز از آن بطن کوچک کلروفرم در سال ۱۹۹۸ آغاز شد؛ زمانی که دو کیوبیت کوچک، دریچهای رو به آیندهای نامحدود گشودند.
