بهره‌گیری ناسا از رایانش کوانتومی برای سفرهای فضایی

به گزارش خبرگزاری آنا به نقل از Gigaom، رایانش کوانتوم هنوز برای ما علمی نوپاست که دانش زیادی در مورد آن نداریم و حتی ایده کامپیوتر کوانتومی که 30 سال است دانشمندان تشنه دستیابی به آن هستند، فعلا در مراحل ابتدایی قرار دارد.

با این همه سازمان‌های پیشگامان این صنعت – همانند گوگل- وجود دارند که همچنان اصرار زیادی به کشف چگونگی استفاده از این فناوری انقلابی در حل مسائل پیچیده ریاضی دارند که کامپیوترهای مدرن امروزی نیز قادر به حل آنها در زمان کوتاهی نیستند.

برخی از این مسایل آنقدر پیچیده هستند که یک کامپیوتر معمولی برای حل‌شان به زمانی بسیار زیاد، مثلا یک میلیارد سال احتیاج خواهد داشت. یکی دیگر از سازمان‌های پیشگام در زمینه رایانش کوانتوم، ناساست که سیستم‌های D-Wave یا ماشین‌های رایانش کوانتوم این سازمان به محققان کمک می‌کنند که روش‌های امن‌تر و بهتری را برای سفر فضایی، کنترل ترافیک هوایی و ماموریت‌هایی شامل ارسال ربات‌ها به کرات دیگر بیابند.

یک کامپیوتر معمولی در هسته اصلی‌اش، فقط و فقط بیت‌ها را دستکاری می‌کند که در واقع نمادی از صفرها و یک‌ها هستند. یک کامپیوتر کوانتومی برای انجام پردازش‌هایش از بیت‌های کوانتومی استفاده می‌کند که کیوبیت نامیده می‌شوند.

کیوبیت‌ها هم درست مانند بیت‌ها می‌توانند نشانگر صفر یا یک هستند، اما هنر اصلی آنها در وضعیت سومی است که می‌توانند به خود بگیرند. این وضعیت «فراوضعیت» یا superposition نامیده می‌شود، به این معنی که در یک لحظه می‌توانند هم صفر و هم یک باشند!

بهینه‌ کردن ترافیک هوایی

دیوید ونتورلی (Davide Venturelli)، مهندس عملیاتی علوم مرکز تحقیقاتی Ames در ناسا در این خصوص می‌گوید: «با توسعه ماشین‌های سیستم‌های D-Wave که قابلیت‌های رایانش کوانتومی را دارند (اگرچه برخی محققان معتقدند که این ماشین‌های کامپیوترهای کوانتومی واقعی نیستند)، دانشمندان و مهندسان هم‌‌اکنون می‌توانند بدون نیاز به ایجاد پدیده کوانتوم، مسائل و کارهای پیچیده‌ای را حل کنند. با این حال، این ماشین‌ها فقط بخش کوچکی از قابلیت واقعی رایانش کوانتومی را نشان می‌دهند».

ناسا امیدوار است که با استفاده از این ماشین‌ها، مسائل بهینه‌‌سازی را حل کند که این به معنای یافتن راهکاری برای حل مسائل دیگر است.

در ریاضیات و علوم رایانه یک مسئله بهینه‌سازی، مسئله یافتن بهترین راه‌حل از میان همه راه‌حل‌های عملی است. نمونه بارز یک مسئله بهینه‌سازی که ناسا مدت‌هاست روی آن متمرکز شده است، مدیریت ترافیک هوایی است. دانشمندان سعی دارند با «بهینه‌ کردن مسیرهای» هواپیماها از کارآمد بودن پایانه‌های هوایی برای فرود و پرواز هواپیماها مطمئن شوند. به گفته ونتورلی، اگر دانشمندان بتوانند ترافیک هوایی را به بهترین وجه ممکن مسیردهی کنند و این امر، بهترین شانس برای کاهش خطرات ناشی از آسمان‌های پر از هواپیماست.

برنامه‌ریزی اتوماتیک

ناسا همچنین قصد دارد که با کمک رایانش کوانتومی به برنامه‌ریزی خودکار برسد. این برنامه‌ریزی در واقع، زیرمجموعه‌ای از هوش مصنوعی است که ناسا برای برنامه‌ریزی ماموریت‌های رباتیکی به کرات دیگر استفاده می‌کند.

به گفته ونتورلی، ناسا 10 سال است که به طور خاص روی برنامه‌ریزی خودکار کار می‌کند. هدف نهایی ناسا از این کار، قابلیت برنامه‌ریزی ربات‌هایی است که به کرات دیگر فرستاده می‌شوند. زیرا در این شرایط دیگر ارتباط بی‌درنگ ربات با دانشمندان روی زمین وجود ندارد و ربات باید خودش بقیه ماموریت را برنامه‌ریزی کند.

دانشمندان ناسا با استفاده از بهینه‌سازی کوانتومی ابزار جدیدی خواهند داشت که به صورت بنیادی پیش‌بینی کنند چه اتفاقاتی در حین یک ماموریت رخ خواهد داد و بهترین برنامه ممکن برای مواقعی که ربات‌ها را در حین کار مورد تهدید قرار می‌گیرند، چه خواهد بود.

ونتورلی می‌گوید: «ما ماموریت‌هایی داشته‌ایم که در آن به فرستادن چندین ربات به سیارات دیگر فکر کرده‌ایم و به این نتیجه رسیدیم که این ربات‌ها نیاز به هماهنگی دارند و باید بدون برقراری ارتباط بی‌درنگ باید عملیاتی چون فرود روی سیاره را انجام دهند».

افزایش طول عمر باتری ربات‌ها

علاوه بر این، دانشمندان نیاز به بیشینه کردن طول عمر باتری‌هایی دارند که در بدنه ربات‌هایی که به کرات دیگر می‌روند، قرار می‌گیرند. این ربات‌ها ماموریت‌های سخت و متفاوت همانند حفاری یا استفاده از ترمومترهای مادون قرمز برای ثبت دما دارند.

این کارها مستلزم دقت و برنامه‌ریزی کافی است تا دانشمندان مطمئن شوند که زمانی به هدر نمی‌رود. هیچ کدام از کامپیوترهای امروزی نمی‌توانند چه از نظر سرعت و چه از نظر قدرت رایانش تمامی این امور را انجام دهند. همین امر دانشمندان را به سوی کامپیوترهای کوانتومی سوق داده است.

ونتورلی در این مورد می‌گوید: «ربات‌ها باید بدانند که بهترین برنامه کدام است و زمانی که در تاریکی یا در جاهای بدون آب هستند، چگونه خودشان را شارژ کنند. ما باید با برنامه‌ریزی‌های دقیق‌مان ربات‌ها را برای این کارها آماده کنیم».

مترجم: نسترن صائبی