کوانتوم؛ سلاح جدید IBM برای فتح جهان

نویسنده ها: دانوش نوذری – آرمیتا یزدانی

وقتی جهان هنوز درگیر سرعت G۵ و قدرت هوش مصنوعی‌ست، IBM آرام و بی‌سروصدا در حال ساخت سلاحی است که می‌تواند قوانین بازی را در کل سیاره تغییر دهد.
در دنیایی که بیش‌تر نام‌هایی مثل اپل و مایکروسافت و دیگر برندهای پر سر و صدای فناوری به گوش می‌رسد، این IBM است که سال‌هاست موتور اصلی بسیاری از این سازوکارها را می‌سازد و نگه می‌دارد. در حالی‌که نگاه عمومی بیش‌تر بر لپ‌تاپ‌ها، موبایل‌ها و سرویس‌های پر سر و صدای امروز متمرکز است، بخش کلیدی «قدرت خام محاسبات» هنوز در لایه‌هایی جریان دارد که IBM سال‌هاست معمار اصلی آن است.
اینجا دیگر بحث بر سر سرعت یا گرافیک نیست. اینجا میدان نبردی‌ست برای تسلط بر آینده‌ی انرژی، اقتصاد، سلامت، و حتی رمزنگاری جهانی و IBM با پردازنده‌های کوانتومی‌اش، کلید دروازه‌ای را در اختیار دارد که می‌تواند آینده را از نو برنامه‌نویسی کند.
در جهان فناوری، کمتر نامی به‌اندازه‌ی IBM در شکل‌دادن به مسیر علم و صنعت اثر گذاشته است. این شرکت فراتر از یک برند تجاری است؛ پشت نام IBM، شبکه‌ای عظیم از پژوهش، مهندسی و آینده‌نگری قرار دارد. از روزگار ماشین‌های ثبت داده و سامانه‌های اداری تا امروز، در اغلب مقاطع مهم تاریخ محاسبات می‌توان ردّ این شرکت را به‌وضوح دید؛ از کارت‌های پانچ و رایانش سازمانی گرفته تا ابررایانش، هوش مصنوعی و حالا رایانش کوانتومی. به‌عبارت دیگر، هرجا عصری تازه در محاسبات آغاز شده، IBM نه فقط همراه، که یکی از طراحان اصلی صحنه بوده است.

میراث یک قرن نوآوری
IBM، یا International Business Machines Corporation، در سال ۱۹۱۱ تأسیس شد و در طول دهه‌های بعد، نه‌تنها به یکی از بزرگ‌ترین شرکت‌های تولید رایانه‌های Mainframe بدل شد، بلکه در شکل‌گیری زیرساخت‌های محاسباتی دولت‌ها، بانک‌ها، صنایع و مراکز علمی نقش محوری داشت. این شرکت در دهه‌های گذشته با محصولاتی چون Watson در زمینه هوش مصنوعی، خدمات رایانش ابری، و سیستم‌های پردازش اطلاعات گسترده، جایگاه خود را به‌عنوان یک بازیگر اصلی در تحول دیجیتال تثبیت کرد.
گام جسورانه به‌سوی کوانتوم
اما امروز IBM در حال عبور از مرزهای رایانش کلاسیک است و آینده را در دستان کوانتوم می‌جوید. این شرکت در سال‌های اخیر با راه‌اندازی پروژه‌ی IBM Quantum و طراحی پردازنده‌های کوانتومی نظیر Eagle، Osprey و Condor (با بیش از ۱۰۰۰ کیوبیت پردازش)، گام بلندی در تحقق چشم‌انداز رایانش کوانتومی برداشته است.
در حالی‌که بسیاری از رایانه‌های کوانتومی موجود هنوز در محدوده‌ی ۲۰ تا ۱۰۰ کیوبیت عمل می‌کنند، IBM با جهشی چشمگیر به سطحی رسیده است که می‌تواند مرز میان توان محاسباتی کلاسیک و کوانتومی را جابه‌جا کند؛ جایی که پردازش دیگر بر پایه‌ی صفر و یک نیست، بلکه بر اساس برهم‌نهی و تداخل حالت‌ها معنا می‌یابد.
در حالی که بسیاری هنوز رایانه‌های کوانتومی را پدیده‌ای مربوط به آینده‌ای دور می‌دانند، IBM معتقد است که ارزش عملی کوانتوم (Utility-Scale Quantum) همین امروز در دسترس است. به همین منظور، این شرکت با گروهی از شرکای صنعتی و پژوهشی، در حال توسعه و آزمودن الگوریتم‌های کوانتومی در حوزه‌هایی است که مستقیماً با نیازهای علمی و صنعتی امروز گره خورده‌اند.
چهار بازوی کوانتوم که جهان را متحول می‌کنند
IBM و همکاران جهانی‌اش، مسیر تحقق رایانش کوانتومی را در عمل پی‌گرفته‌اند. آن‌ها در چهار حوزه کلیدی که هم از نظر علمی و هم از منظر صنعتی اهمیت بالایی دارند، الگوریتم‌ها و ابزارهای کوانتومی را طراحی، پیاده‌سازی و آزمایش می‌کنند گام‌هایی که می‌توانند در آینده‌ی نزدیک، تفاوتی واقعی ایجاد کنند:
۱. بهینه‌سازی | Optimization
از طراحی مسیرهای لجستیکی و زمان‌بندی تولید گرفته تا تخصیص منابع در شبکه‌های انرژی و حتی بهینه‌سازی سبد سرمایه‌گذاری، همه این‌ها نمونه‌هایی از مسائلی هستند که در دل خود ساختارهایی بسیار پیچیده و ترکیبیاتی دارند. رایانه‌های کلاسیک برای حل دقیق این مسائل اغلب با محدودیت‌های زمانی و منابع مواجه‌اند. IBM با بهره‌گیری از الگوریتم‌هایی مانند QAOA (Quantum Approximate Optimization Algorithm) و تکنیک‌های دیجیتال کوانتومی، نشان داده است که در برخی موارد می‌توان با عمق مداری پایین و بدون تصحیح خطا، به نتایجی دست یافت که در حد و اندازه‌ی روش‌های کلاسیک یا حتی فراتر از آن هستند. این حوزه، یکی از جدی‌ترین میدان‌هایی است که در آن، کوانتوم می‌تواند مزیت واقعی ایجاد کند.
۲. شبیه‌سازی همیلتونی | Hamiltonian Simulation
مطالعه‌ی رفتار سامانه‌های کوانتومی چه در شیمی، چه در فیزیک ماده چگال، و چه در نظریه‌های میدان نیازمند شبیه‌سازی دقیق انرژی‌ها، حالات پایه، و دینامیک ذرات است. IBM با استفاده از پردازنده‌هایی چون Heron، موفق شده شبیه‌سازی مولکول‌های پیچیده‌ای مانند خوشه‌های آهن–گوگرد و دینامیک نظریه پیمانه‌ای در (۲+۱) بعد را با موفقیت انجام دهد. این شبیه‌سازی‌ها نه‌تنها تأییدی بر توانمندی سخت‌افزار کوانتومی هستند، بلکه راه را برای درک و طراحی مواد جدید، کاتالیزورها و حتی کشف داروهای نو باز می‌کنند.
۳. حل معادلات دیفرانسیل جزئی | Partial Differential Equations (PDEs)
بسیاری از مدل‌های فیزیکی و مهندسی از رفتار هوا در موتورهای جت تا انتشار حرارت در سازه‌ها و جریان‌های پلاسما به حل دقیق معادلات دیفرانسیل جزئی نیاز دارند. IBM در این زمینه، با ارائه الگوریتم‌های ترکیبی کوانتومی–کلاسیکی، از جمله H-DES، توانسته نشان دهد که می‌توان این معادلات را بدون استفاده از شبکه‌بندی فضا و تنها با بهره‌گیری از بسط‌های طیفی و مدارهای کم‌عمق، با دقت خوبی تقریب زد. نکته‌ی مهم آن‌که این الگوریتم‌ها روی سخت‌افزار واقعی نیز اجرا شده‌اند نه‌فقط در شبیه‌سازی.
۴. یادگیری ماشینی کوانتومی | Quantum Machine Learning
یکی از جذاب‌ترین افق‌های کوانتوم، ادغام آن با هوش مصنوعی است. IBM در این زمینه، با طراحی کرنل‌های کوانتومی مبتنی بر ساختار گروهی داده‌ها، و توسعه مدارهای پارامتری پویا (Dynamic Circuits) تلاش دارد الگوریتم‌هایی بسازد که هم از نظر قدرت بیان (Expressivity) غنی باشند و هم دچار مشکلات رایج یادگیری مانند فلات‌های بی‌حاصل (Barren Plateaus) نشوند. چنین الگوریتم‌هایی می‌توانند در تحلیل داده‌های پیچیده، شناسایی الگوهای پنهان، و مدل‌سازی سیستم‌هایی که رایانه‌های کلاسیک از درک آن‌ها ناتوان‌اند، نقشی کلیدی ایفا کنند.
کوانتوم وارد مرحله اجرا شد
آن‌چه IBM را در این مسیر متمایز می‌کند، فقط تحقیقات آزمایشگاهی نیست؛ بلکه اتصال آن تحقیقات به سخت‌افزار واقعی و امکان استفاده‌ی باز از آن به صورت عمومی توسط جامعه علمی و صنعتی است. در سال ۲۰۲۵، پردازنده‌های ۱۲۷ و ۱۵۶-کیوبیتی این شرکت میزبان چندین آزمایش‌ پیشرو بودند که نشان داد حتی با وجود نویز و محدودیت‌های فعلی، می‌توان به مزیت زمانی کوانتومی در حل مسائل واقعی دست یافت.
آغاز عصر کوانتومی
آنچه امروز با نام رایانش کوانتومی می‌شناسیم، صرفاً آغاز یک مسیر است. مسیری که هر گامش می‌تواند چهره‌ی علم، صنعت و اقتصاد جهانی را دگرگون کند. IBM تنها یکی از نخستین بازیگران این صحنه است، اما موج اصلی هنوز در راه است.
هرچند ایران در بسیاری از موج‌های فناوری جهانی حضور پررنگی نداشته، اما ورود به عرصه‌ی کوانتوم می‌تواند نقطه‌ی عطفی در مسیر علمی و اقتصادی کشور باشد؛ ظرفیتی که اگر هوشمندانه به‌کار گرفته شود، قادر است توازن تحولات آینده‌ی خاورمیانه را به نفع ایران تغییر دهد.
در شماره‌های بعد، به‌جای آن‌که این تحول را از دور تماشا کنیم، به درون آن خواهیم رفت جایی که پژوهش، فناوری و تخیل انسانی در هم می‌آمیزند تا مرزهای ممکن را دوباره ترسیم کنند.