به من گفتهاند که حدسزن خوبی هستم. برای فناوریهای کوانتومی، باید اینطور باشید، زیرا شرطبندیها بلندمدت هستند. بهترین حدسزنی که تا به حال دیدهام، اولین رئیسم، جگ شاه، بود که برنامههای تحقیقات کوانتومی را در آژانس پروژههای تحقیقاتی پیشرفته دفاعی ایالات متحده (DARPA) در آرلینگتون، ویرجینیا، اداره میکرد. او در سال ۲۰۰۷ مرا استخدام کرد و از من خواست تا تمام معجزات لازم برای ساخت یک کامپیوتر کوانتومی را یادداشت کنم.
با ساخت یک کامپیوتر کوانتومی، میتوان مولکولها و مواد را طراحی کرد، واکنشهایی را که جهان را تغذیه و تامین انرژی میکنند مدلسازی کرد و به سوالاتی پاسخ داد که هیچ ماشین کلاسیکی نمیتواند — مانند نحوه رفتار الکترونها در ابررساناهای با دمای بالا. این همان جایزه است.
بیست سال بعد، این حدس من است. در پنج سال یا کمتر، یک کامپیوتر کوانتومی کاری را انجام خواهد داد که کسی به آن نیاز دارد و هیچ کامپیوتر معمولی نمیتواند انجام دهد، با راهحلی که نحوه نگاه ما به جهان را تغییر میدهد. چند سال دیگر، و یک شکل کاملاً جدید از محاسبات میتواند در سراسر جهان مستقر شود. فناوری کوانتومی میتواند به این سرعت گسترش یابد زیرا بر اساس سرمایهگذاریها در تراشهها و هوش مصنوعی ساخته شده است. شما از طریق «ابر» به آن دسترسی پیدا میکنید، و وقتی کار میکند، در همه جا کار میکند.
برای اینکه این اتفاق بیفتد، همه باید نقش خود را ایفا کنند. دولتها باید علم بلندمدتی را تامین مالی کنند که هیچ شرکتی حاضر به پرداخت آن نیست و به شناسایی آنچه ارزش خرید دارد کمک کنند. آنها باید به مشتریان سختگیر تبدیل شوند، در زمینههایی از کشف علمی گرفته تا دفاع. شرکتها این فرآیند را تسریع میکنند. و دانشگاهها نسل بعدی را آموزش میدهند.
هیچ یک از اینها آسان نیست. کامپیوترهای کوانتومی بر روی کیوبیتها (بیتهای اطلاعات کوانتومی) کار میکنند، و بخش دشوار نه تعداد مورد نیاز، بلکه نحوه کنترل آنهاست. کامپیوترهای کوانتومی باید دهها هزار تا میلیونها کیوبیت را به طور همزمان مدیریت کنند، که هر کدام سیمکشی خاص خود را دارند. رمزگذاری دادههای لپتاپ شما بدون خطا است؛ اما کامپیوتر کوانتومی اینطور نیست. درمان آن تصحیح خطای کوانتومی است: افزونگی که چند کیوبیت قابل اعتماد را از بسیاری کیوبیتهای ناپایدار میسازد.
پردازنده سیلیکونی که در این شماره از نیچر توصیف شده است، نشان میدهد که چقدر پیشرفت کردهایم. کیوبیتهای رمزگذاری شده آن به طور فعال خطایابی میشوند، توسط یک تراشه کنترل برودتی واحد اداره میشوند و توسط یک کابل روبانی ابررسانا به هم متصل شدهاند. این از بذرهایی رشد کرده که سالها پیش در دارپا کاشته شده بودند. در آن روزها، ما اتصالات را با نوار تفلون میپوشاندیم و سیمکشی را با نخ دندان میبستیم — یک راهحل «موقت» برای جداسازی کیوبیتها در دماهایی سردتر از اعماق فضا.
هنوز از شرطبندیهایی که نتیجه دادند، و آنهایی که مطمئن بودم نتیجه نخواهند داد، شگفتزده هستم. به عنوان مثال، اتمهای خنثی و فوتونها به دلیل نگرانیهای مقیاسپذیری کنار گذاشته شده بودند — تا اینکه دانشگاهها آنها را احیا کردند و بازار آنها را پذیرفت. نامزد پیشرو فناوری دائماً در حال تغییر است.
وقتی به دارپا پیوستم، تنها جایی بود که در مورد ساخت یک کامپیوتر کوانتومی جدی بود. دولت ایالات متحده فقط علم اطلاعات کوانتومی را تامین مالی نکرد؛ بلکه آن را توسعه داد. تعداد انگشتشماری از مدیران برنامه برای دههها این رشته را دنبال کردند، تا اینکه یک صنعت شکل گرفت.
دولت این فناوری را در جایی که میتوانست توسعه داد؛ بازار بر روی پروژههایی شرطبندی کرد که دولتها نمیکردند. انتقال به صنعت در اواسط دهه ۲۰۱۰ آغاز شد، زمانی که شرکتها گروههای کامل دانشگاهی را استخدام کردند و شرکتهای سرمایهگذاری خطرپذیر شروع به تامین مالی استارتآپهای کوانتومی کردند. اکنون، آژانسهای دولتی در حال آماده شدن برای خرید ماشینهای کوانتومی هستند و برخی دولتها مستقیماً در شرکتهای کوانتومی سهام میخرند. وقتی یک فناوری شروع به کار میکند، سازندگان آن به خریداران آن تبدیل میشوند.
با این حال، ماشینهای کوانتومی باید با ۴۰ سال رشد تصاعدی تحت قانون مور رقابت کنند و هنوز ابرکامپیوترها را شکست نمیدهند. مشتری برای آنچه کار میکند پول میدهد، نه آنچه وعده داده شده است. خطر این است که دولت خیلی زود عقبنشینی کند و قبل از اینکه مشخص شود چه چیزی را بخرد، فقط به یک خریدار تبدیل شود. وقتی پول متوقف میشود، مردم پراکنده میشوند؛ من شاهد بودهام که شهود به سختی به دست آمده یک تیم از بین رفته است. نگرانم که بدون متخصصانی که رشتهها را از بالا هدایت میکنند، انتقالها از دست برود، شرطبندیهای اشتباه انجام شود و بهترین افراد از دست بروند. بعضی روزها، میخواهم کاملاً شبیه دارث ویدر شوم و خودم این کار را انجام دهم؛ روزهای دیگر، خوشحالم که نمیتوانم.
پس از دو دهه اداره برنامههای کوانتومی دولتی و هماهنگی سیاست کوانتومی ایالات متحده در کاخ سفید، و اکنون ساخت یک پلتفرم کوانتومی و کار بر روی کیوبیتهای بلندمدت خودمان در صنعت، من خوشبین هستم که سرمایهداری میتواند این حوزه را به خط پایان برساند. چهار شتابدهنده پروژه در حال کار هستند. سرمایه در حال سرازیر شدن است. قطعاتی که دههها با آنها دست و پنجه نرم میکردیم — کرایواستاتها، تراشههای کنترل، تقویتکنندهها و اتصالات داخلی — شروع به کار یکپارچه کردهاند. دانش با گسترش افراد پخش میشود. هوش مصنوعی هم مشتری و هم شتابدهنده است: ماشینهای کوانتومی دادههایی در مورد مولکولها و مواد تولید خواهند کرد که هیچ چیز دیگری نمیتواند، و میتوانند برای آموزش مدلهای کلاسیک بهتر استفاده شوند.
در دو سالی که با جگ کار کردم، بیشتر از هر زمان دیگری یاد گرفتم. او همیشه به دانشمندان و مهندسان پشت میز احترام میگذاشت و هرگز فراموش نمیکرد که معیشت آنها به نقاط عطفی بستگی دارد که ممکن است از دست بدهند. او به من آموخت که حتی با تکیه بر اطلاعات ناقص و حتی ناشناخته، میتوانید تصمیم درست را بگیرید. بسیاری از معجزاتی که برای او یادداشت کردم، حل شدهاند، هر کدام توسط کسی با درکی از این فناوری که ممکن است در یک فصل از بین برود. یک حدسزن خوب فقط کسی است که به اندازه کافی شگفتزده شده است که متواضع بماند. معجزات کوانتومی هنوز به معجزهگران نیاز دارند، و گاهی اوقات آنها نیز به کمک نیاز دارند.