آیا با ظهور رایانش کوانتومی در آینده مراکز داده کوانتومی خواهیم داشت؟
قطعا رایانش کوانتومی یکی از هیجان‌انگیزترین حوزه‌های فناوری اطلاعات است و طی این سال‌ها سروصدای زیادی به پا کرده است؛ اما برآورد میزان تأثیرگذاری و ارتباط آن با حوزه مراکز داده همچنان برای پژوهشگران چالش‌برانگیز است.
در سال گذشته، IDC پیش‌بینی خود را از بازار جهانی محاسبات کوانتومی منتشر کرد که پیش‌بینی آن حاکی از آن بود که سرمایه محاسبات کوانتومی از ۴۱۲ میلیون دلار در سال ۲۰۲۰ به ۸/۶ میلیارد دلار در سال ۲۰۲۷ خواهد رسید.
حالا که موج سرمایه‌گذاری‌های عظیم به سمت کوانتوم جریان دارد و نقش آن در حال ظهور است، باید ارتباط دقیق آن با صنایع زیرساخت و به خصوص مراکز داده بررسی شود.
قدرت محاسباتی جذابیت کوانتوم را افزایش داده است
برهم‌نهی و درهم‌تنیدگی مفاهیمی هستند که جذابیت محاسبات کوانتومی را افزایش می‌دهند؛ این مفاهیم قدرت محاسباتی بالقوه را افزایش می‌دهند، برخلاف روشی که حالت‌های خاموش و روشن یا صفر و یک محاسبات کلاسیک را تعریف می‌کند.
فرد چانگ، دانشمند ارشد نرم‌افزار کوانتومی در ColdQuanta، گفت که با هر کیوبیتی که به محاسباتی که از این ویژگی‌ها بهره‌برداری می‌کند اضافه می‌شود، قدرت محاسباتی به صورت تصاعدی افزایش می‌یابد.
او گفت: « n کیوبیت به ما اجازه می دهند که به طور همزمان ۲ به توان n عدد را نشان دهیم؛ رایانه‌های دیجیتالی تنها می‌توانند یکی از این اعداد را در یک زمان نشان دهند.»
واحدهای پردازش کوانتومی می‌توانند در شبیه‌سازی فیزیک و شیمی، بهینه‌سازی مسائلی مانند لجستیک یا حتی انواع خاصی از یادگیری ماشین بسیار خوب باشند. جیسون لارکین، محقق مهندسی نرم افزار دانشگاه کارنگی ملون (CMU)، گفت که سازمان‌ها به طور فعال در حال آزمایش و یافتن کاربردهای بالقوه این فناوری هستند.
لارکین گفت: «IBM در حال نصب کامپیوترهای کوانتومی است. برای مثال، آنها با موسسه کلیولند همکاری کردند و قصد دارند محاسبات کوانتومی را با فناوری‌های سنجش کوانتومی ترکیب کنند.»
او گفت: «محاسبات کوانتوم قرار است حوزه‌ای باشد که در آن می‌توان کارهایی را در زمان واقعی انجام داد که زمان زیادی را در رایانه‌های کلاسیک می‌برد.»
رایانش کوانتومی باز هم به زمان بیشتری برای توسعه نیاز دارد
با وجود پیش‌بینی‌های IDC و اشتیاق لارکین، بسیاری به این فناوری شک دارند و آینده‌ای نزدیک برای محاسبات کوانتومی به خصوص در زیرساخت مرکز داده فعلی نمی‌بینند.
فرانتس فرانچتی، استاد مهندسی برق و کامپیوتر در CMU، تمایز زیادی بین محاسبات کوانتومی «واقعی» و دستگاه‌هایی که به بازار عرضه می‌شوند یا نزدیک به بازار هستند، قائل است.
فرانچتی گفت: «کامپیوترهایی که الان در اختیار داریم، فقط جنجالی هستند و کامپیوترهای کوانتومی مقیاس پذیر واقعی نیستند.» «من فرض می‌کنم که چنین دستگاه‌های آزمایشی در ارائه‌دهندگان ابری نمایش داده می‌شوند، اما بیشتر به عنوان سیستم‌های آزمایشی برای نشان دادن میزان خوب بودن ارائه‌دهنده نمایش داده می‌شوند.»
فرانچتی معتقد است که برای ظهور یک معماری واضح خیلی زود است، اگرچه او اذعان می کند که لایه نرم افزار اکنون «به طور معقولی استاندارد شده است.» با این حال، با دستگاه‌های محاسباتی کوانتومی فعلی، کاربردهای آنها محدود است.
مراکز داده فعلی الزامات سرمایش رایانه‌های کوانتومی را ندارند
مارک اکتون، مشاور خدمات مرکز داده می‌گوید میزبانی کامپیوترهای کوانتومی ممکن است در کوتاه مدت یک مانع دشوار برای شرکت‌ها باشد. آینده محاسبات کوانتومی به این بستگی دارد که فناوری چگونه تکامل می‌یابد و میزبانی آن در یک مرکز داده استاندارد چقدر آسان می‌شود. او خاطرنشان می‌کند که الزامات فوق خنک‌کننده برای محاسبات کوانتومی به این معنی است که مراکز داده سنتی هنوز برای میزبانی این تجهیزات راه اندازی نشده‌اند.
رایانش کوانتومی به طور همه‌جانبه جایگزین دیجیتال نمی‌شود
اکتون افزود: «تنها جایی که محاسبات کوانتومی در حال حاضر مستقر است، مناطق هدفمندی است که به طور مؤثر امکانات تحقیقاتی هستند. محاسبات کوانتومی در روند فعلی و آینده نزدیک، محاسبات دیجیتال را با سرعت بسیار زیاد و کارآمد بودن در برخی از انواع محاسبات و پیش‌بینی‌ها تقویت می‌کند، اما تقریباً به طور قطع جایگزین محاسبات دیجیتال برای برنامه‌های روزمره و تراکنش‌های ساده نخواهد شد.»
احتمالاً مراکز داده مرسوم تا ۳۰ سال آینده امکانات میزبانی از رایانش کوانتومی را نداشته باشند
به گفته اکتون، مراکز داده تجاری که امروزه ساخته می‌شوند برای ۲۰ تا ۳۰ سال وجود خواهند داشت و در حال حاضر برای میزبانی از محاسبات کوانتومی طراحی نشده‌اند. در عوض، احتمال بیشتری وجود دارد که کوانتوم به مراکز داده‌ای که از ابتدا به طور خاص طراحی شده‌اند، نیاز داشته باشد، اما این تا حد زیادی به میزان نیاز معماری‌های خنک کننده و سایر تجهیزات ویژه بستگی دارد.
احتمالاً در ابتدا مراکز داده کوانتومی اختصاصی وجود خواهد داشت
مارک اکتون در پایان می‌گوید:«در حال حاضر فناوری‌ها و معماری‌های کوانتومی از برندهای مختلف وجود دارد که چندان با هم هماهنگی و یکپارچگی ندارند. تا زمانی که یک رویکرد و مدل منسجم‌تر نداشته باشیم، احتمالاً محاسبات کوانتومی در مراکز داده سفارشی پیاده‌سازی خواهند شد که از ابتدا به‌جای مراکز داده تجاری سنتی، برای نیازهای کوانتومی ساخته شده‌اند و منحصر به فرد هستند، زیرا تجهیزات مرکز داده فعلی پاسخگوی کوانتوم نیستند.»
