لقد كانت ميكانيكا الكم موجودة منذ أكثر من 120 عامًا. فمن تجربة الشق المزدوج إلى تجربة القطة الفكرية لشرودنجر، كانت ميكانيكا الكم تُعتبر دائمًا واحدة من أكثر قوانين الفيزياء غموضًا وتعقيدًا.
قال عالم الفيزياء النظرية الأمريكي ريتشارد فاينمان ذات مرة: "إذا كنت تعتقد أنك تفهم ميكانيكا الكم، فأنت لا تفهم ميكانيكا الكم".
ورغم أن ميكانيكا الكم تبدو بعيدة عنا، فإن تطورها سريع: ففي عام 2016، أطلقت الصين بنجاح قمر "ميسيوس" للتجارب العلمية الكمومية؛ وفي عام 2022، مُنحت جائزة نوبل في الفيزياء لثلاثة علماء لمساهماتهم في "علم المعلومات الكمومية".
ومؤخرا، حققت شركة جوجل أيضا تقدما كبيرا في مجال ميكانيكا الكم، وهو ما يوصف بأنه "ابتكار تاريخي".
أعلن هارتموت نيفين، مؤسس ورئيس فريق الذكاء الاصطناعي الكمومي في جوجل، في منشور على مدونته عن إطلاق أحدث شريحة كمية لديهم "ويلو"، مدعيًا أنها تمهد الطريق لأجهزة الكمبيوتر الكمومية واسعة النطاق.
وفي المقال، ذكر نيفين أن هذه الشريحة "تتمتع بالأداء الأكثر تقدمًا في العديد من المقاييس" و"حققت إنجازين رئيسيين":
- أولاً، قامت Willow بزيادة عدد "البتات الكمومية" (105) وخفضت الأخطاء "بشكل كبير"؛
- ثانيًا، أكملت شركة Willow أحدث اختباراتها المعيارية لعينات الدوائر العشوائية (RCS) في أقل من 5 دقائق.
ولكي نفهم هذه الإنجازات الرائدة، يتعين علينا أن نفهم كيف تعمل أجهزة الكمبيوتر الكمومية والرقائق الكمومية.
إن أحد المفاهيم الأساسية في ميكانيكا الكم هو "التراكب"، وهو ما يعني أن النظام الكمومي يمكن أن يوجد في حالات متعددة في وقت واحد. وتستفيد أجهزة الكمبيوتر الكمومية من هذا التراكب لإنشاء "بتات كمية"، وهي الوحدات الأساسية للحوسبة في أجهزة الكمبيوتر الكمومية.
على عكس البتات الثنائية في أجهزة الكمبيوتر الكلاسيكية، يمكن أن تكون البتات الكمومية في "تراكب" لكل من 0 و1 في نفس الوقت. تسمح هذه الحالة لأجهزة الكمبيوتر الكمومية بمعالجة مسارات أو حالات حسابية متعددة في وقت واحد، مما يجعلها أسرع وأكثر كفاءة من أجهزة الكمبيوتر الكلاسيكية لحل بعض المشكلات المعقدة.
بالإضافة إلى ذلك، هناك علاقة خاصة بين البتات الكمومية تسمى "التشابك الكمومي": عندما تتشابك البتات الكمومية، فإن حالة أحد البتات الكمومية تؤثر على حالة البت الآخر على الفور، بغض النظر عن المسافة بينهما.
وبالتالي، فمن خلال معرفة حالة أحد البتات الكمومية، يمكننا استنتاج حالات البتات الكمومية الأخرى، مما يتيح نقل المعلومات. وتجعل هذه الميزة أجهزة الكمبيوتر الكمومية أكثر فعالية في مشاركة ونقل المعلومات عند معالجة المشكلات المعقدة.
ومع ذلك، فإن حالة البتات الكمومية هشة للغاية ويسهل اضطرابها بسبب البيئات الخارجية (مثل درجة الحرارة والاهتزاز والتداخل الكهرومغناطيسي)، مما يؤدي إلى فقدان المعلومات الكمومية، وهي الظاهرة المعروفة باسم "فقدان التماسك الكمومي". وبسبب التشابك، يمكن أن تنتشر الأخطاء من بت كمومي إلى آخر، مما يؤثر على القدرة الحسابية.
وعلاوة على ذلك، ولأن البتات الكمومية تميل إلى تبادل المعلومات بسرعة مع بيئتها، فإن حماية المعلومات اللازمة لإتمام العمليات الحسابية أمر صعب. وعادة، كلما زاد عدد البتات الكمومية التي يستخدمها الكمبيوتر الكمومي، كلما حدثت أخطاء أكثر، مما يجعل النظام بأكمله أكثر عرضة للعودة إلى "نظام كلاسيكي".
ومع ذلك، وفقًا لهارتموت نيفين، قدم باحثو جوجل طريقة جديدة "لتصحيح الخطأ الكمومي" تسمح لشريحة Willow بتقليل المزيد من الأخطاء مع استخدام المزيد من البتات الكمومية، مع انخفاض معدل الخطأ بشكل كبير.
يذكر هارتموت نيفين أن هذا الإنجاز التاريخي في هذا المجال يُعرف باسم "تحت العتبة"، وهو ما يعني تقليل الأخطاء مع زيادة عدد البتات الكمومية. ويؤكد هارتموت نيفين أيضًا أنه منذ قدم بيتر شور تصحيح الأخطاء الكمومية في عام 1995، كانت هذه مهمة صعبة للغاية.
وبالتالي، فإن "أقل من العتبة" يُظهِر "تقدمًا حقيقيًا في تصحيح الأخطاء"، و"ويلو" هو أول نظام أقل من العتبة، مما يشير إلى إمكانية بناء أجهزة كمبيوتر كمية فائقة الحجم. وقد نُشرت نتيجة هذا البحث أيضًا في مجلة "نيتشر".
تذكر المقالة أن ويلو أكملت اختبار أخذ العينات العشوائية من الدوائر (RCS)، والتي تم وصفها بأنها "أصعب اختبار معياري كلاسيكي على أجهزة الكمبيوتر الكمومية حتى الآن"، في 5 دقائق فقط. ويذكر هارتموت نيفين أن أحدث نتائج ويلو هي "الأفضل حتى الآن".
في المقابل، فإن أسرع حاسوب فائق في العالم سيستغرق 10^25 سنة لإكمال RCS، وهي فترة زمنية تتجاوز عمر الكون (حوالي 13.8 مليار سنة).
أخذ العينات العشوائية من الدوائر (RCS) هي طريقة تستخدم لتقييم أداء أجهزة الكمبيوتر الكمومية. الفكرة الأساسية هي استخدام جهاز كمبيوتر كمومي لتنفيذ عمليات بوابة كمومية مختارة عشوائيًا، وتوليد حالات كمومية عشوائية، ثم أخذ عينات وقياس هذه الحالات الكمومية.
تم اقتراح RCS لأول مرة من قبل فريق هارتموت نيفين، والذي ينص على أنه الآن "معيار عالمي في هذا المجال".
يُذكر أنه في عام 2019، ادعت شركة جوجل أن معالجها الكمي "سيكامور" يمكنه إكمال عملية حسابية في ثلاث دقائق، سيستغرق أسرع حاسوب فائق في العالم عشرة آلاف عام لإنهائها، مؤكدة أن فريق البحث الخاص بها حقق "إنجازًا كبيرًا".التفوق الكمومي".
وقد طعنت شركة آي بي إم في نتائج اختبار سيكامور، كما أثار مصطلح "التفوق الكمي" جدلاً كبيراً، على الرغم من إصرار جوجل على أنه مجرد "مصطلح فني". وفي وقت لاحق، حاولت جوجل تجنب استخدام هذا المصطلح، وبدلاً من ذلك صرحت بأنها حققت "إنجازات تتجاوز الحوسبة الكلاسيكية".
بالإضافة إلى ذلك، تستخدم IBM وHoneywell بشكل عام مصطلح "الحجم الكمي" لوصف وتحديد كمية أجهزة الحوسبة الكمومية الخاصة بهما في أبحاثهما في ميكانيكا الكم، وهو مفهوم لا تستخدمه Google على الإطلاق. إن الافتقار إلى معيار موحد يجعل من الصعب مقارنة المنتجات المتنافسة.
يذكر هارتموت نيفين أن التكنولوجيا الكمومية لها تطبيقات في جمع بيانات تدريب الذكاء الاصطناعي، وتطوير مركبات الطاقة الجديدة، واكتشاف أدوية جديدة.
ويتطلع هارتموت نيفين أيضًا إلى الهدف التالي لأبحاث جوجل في ميكانيكا الكم: إكمال عملية حسابية "ذات صلة بالبرامج العملية" و"من المستحيل على أجهزة الكمبيوتر الكلاسيكية تحقيقها"، مما يجعلها "مفيدة" حقًا و"خارج الكلاسيكية".
مصدر من إيفان
إخلاء المسؤولية: يتم توفير المعلومات المذكورة أعلاه بواسطة ifanr.com، بشكل مستقل عن Cooig.com. لا تقدم Cooig.com أي تعهدات أو ضمانات فيما يتعلق بجودة وموثوقية البائع والمنتجات. ينكر موقع Cooig.com صراحةً أي مسؤولية عن الانتهاكات المتعلقة بحقوق الطبع والنشر للمحتوى.
