دليل الشخص العادي إلى عالم الحوسبة الكمومية الهجينة
تحدث أشياء مذهلة عندما تجمع بين الأساسيات الثنائية والعمل المخيف عن بعد
اقترح ستيفن هوكينج ذات مرة أن تأكيد ألبرت أينشتاين أن “الله لا يلعب النرد” مع الكون كان خطأ.
من وجهة نظر هوكينج، أكد اكتشاف فيزياء الثقوب السوداء أن الله لم يلعب النرد فحسب، “بل إنه يربكنا أحيانًا برميها حيث لا يمكن رؤيتها”.
هل نحن هنا بالصدفة أم التصميم؟
النهج الأكثر واقعية للسؤال، مع الأخذ في الاعتبار الموضوع، هو افتراض أن جميع الإجابات صحيحة. في الواقع، هذا هو أساس فيزياء الكم.
إليك أبسط تفسير لكيفية عمل كل شيء ستقرأه على الإطلاق: تخيل تقليب عملة معدنية ثم الابتعاد بأمان مع العلم أنها هبطت على الرأس أو الذيل.
إذا نظرنا إلى الكون بأكمله وبدأنا في التكبير حتى تصل إلى أصغر الجسيمات، فسترى نفس التأثير بالضبط في تفاعلاتها. إما أنهم سيفعلون شيئًا أو آخر. وإلى أن تراقبهم، تبقى هذه الإمكانية.
مع كل هذه الإمكانات الموجودة في الكون في انتظار أن تتم ملاحظتها، نحن قادرون على بناء حواسيب كمومية.
ومع ذلك، مثل كل الأشياء الكمومية، هناك ازدواجية متضمنة في تسخير نرد الله لاحتياجاتنا البشرية.
لكل إنجاز مذهل لهندسة الكم نتوصل إليه – فقط انتظر حتى تقرأ عن ملاقط الليزر وبلورات الوقت – نحتاج إلى بعض التكنولوجيا المؤرضة للتحكم فيه.
في الواقع، لا يوجد شيء مثل “كمبيوتر كمي بحت” وربما لن يكون موجودًا على الإطلاق. كلها أنظمة كمومية هجينة بطريقة أو بأخرى.
الاحصاء الكمية
يحدث التشابك عندما يظل جسيمان أو أكثر متصلين بغض النظر عن المسافة بينهما.
لنبدأ مع سبب حاجتنا لأجهزة الكمبيوتر الكمومية. أجهزة الكمبيوتر الكلاسيكية (أو الثنائية، كما يطلق عليها غالبًا) أجهزة الكمبيوتر – من النوع الذي تقرأه عليه – أكمل الأهداف من خلال حل المهام.
نقوم ببرمجة أجهزة الكمبيوتر للقيام بما نريد من خلال إعطائهم سلسلة من الأوامر. إذا ضغطت على المفتاح “A” على لوحة المفاتيح، فسيعرض الكمبيوتر الحرف “A” على شاشتي.
في مكان ما داخل الجهاز، يوجد رمز يخبره بكيفية تفسير الضغط على المفتاح وكيفية عرض النتائج.
لقد استغرق جنسنا البشري ما يقرب من 200000 سنة للوصول إلى هذا الحد.
في القرن الماضي أو نحو ذلك، توصلنا إلى فهم أن فيزياء نيوتن لا تنطبق على الأشياء بمقاييس صغيرة جدًا، مثل الجسيمات، أو الأشياء ذات المقاييس الضخمة بشكل خاص مثل الثقوب السوداء.
الدرس الأكثر فائدة الذي تعلمناه في دراستنا الحديثة نسبيًا لفيزياء الكم هو أن الجسيمات يمكن أن تتشابك.
تسمح لنا أجهزة الكمبيوتر الكمومية بتسخير قوة التشابك. بدلاً من انتظار تنفيذ أمر واحد، كما تفعل أجهزة الكمبيوتر الثنائية، يمكن لأجهزة الكمبيوتر الكمومية الوصول إلى جميع استنتاجاتهم في وقت واحد.
من حيث الجوهر، يمكنهم التوصل (تقريبًا) إلى جميع الإجابات المحتملة في نفس الوقت.
الفائدة الرئيسية لهذا الوقت. يمكن إكمال مهمة المحاكاة أو التحسين التي قد تستغرق معالجتها بحاسوب عملاق شهريًا في ثوانٍ معدودة على جهاز كمبيوتر كمي.
أكثر الأمثلة التي يتم الاستشهاد بها شيوعًا هو اكتشاف الأدوية. من أجل ابتكار عقاقير جديدة، يتعين على العلماء دراسة تفاعلاتهم الكيميائية. يشبه إلى حد كبير البحث عن إبرة في حقل لا ينتهي من أكوام التبن.
هناك مجموعات كيميائية محتملة شبه لا نهائية في الكون، وفرز تفاعلاتها الكيميائية الفردية المدمجة مهمة لا يمكن للحاسوب العملاق القيام بها في غضون فترة زمنية مفيدة.
تعد الحوسبة الكمومية بتسريع هذه الأنواع من المهام وجعل العمليات الحسابية التي كانت مستحيلة سابقًا أمرًا شائعًا.
ولكن الأمر يتطلب أكثر من مجرد أجهزة متطورة باهظة الثمن لإنتاج هذه النواتج فائقة السرعة.
دخلت الحوسبة الكمومية الهجينة الدردشة
أقوى كمبيوتر عملاق في العالم لا فائدة منه بدون برامج. إنه نفس الشيء بالنسبة لأجهزة الكمبيوتر الكمومية.
تدمج أنظمة الحوسبة الكمومية الهجينة منصات وبرامج الحوسبة الكلاسيكية مع خوارزميات الكم والمحاكاة.
ولأنها باهظة الثمن بشكل يبعث على السخرية وتجريبية في الغالب، يتم الوصول إليها بشكل حصري تقريبًا عبر الاتصال السحابي.
في الواقع، هناك مجموعة كاملة من تقنيات الكم هناك بخلاف أجهزة الكمبيوتر الكمومية الهجينة، على الرغم من أنها التكنولوجيا التي تحظى بأكبر قدر من الاهتمام.
في مقابلة حديثة مع Neural، أعرب الرئيس التنفيذي لشركة SandboxAQ (شركة شقيقة لشركة Google تحت مظلة Alphabet)، Jack Hidary، عن أسفه:
لأي سبب من الأسباب، يبدو أن وسائل الإعلام الرئيسية تركز فقط على الحوسبة الكمومية.
هناك أيضًا الاستشعار الكمي، والاتصالات الكمومية، والتصوير الكمي، والمحاكاة الكمومية – على الرغم من أن بعضها يتداخل مع الحوسبة الهجينة الكمومية أيضًا.
النقطة المهمة هي، كما قال Hidary أيضًا لـ Neural، “نحن في نقطة انعطاف.” لم تعد تقنية الكم تقنية مستقبلية بعيدة. إنه هنا في أشكال عديدة اليوم.
لكن نطاق هذه المقالة يقتصر على تقنيات الحوسبة الكمومية الهجينة. ولهذا، نركز على شيئين:
- أنظمة التلدين الكمي
- الحواسيب الكمومية القائمة على البوابة
هل هذا هنا أم للذهاب؟
قد تكون بلورات الزمن أعظم اكتشاف علمي في حياتنا.
هناك نوعان من المشاكل في عالم الحوسبة الكمومية: مشاكل التحسين و … النوع الذي لا يمثل مشاكل التحسين.
بالنسبة للأولى، فأنت بحاجة إلى نظام التلدين الكمي. ولكل شيء آخر، فأنت بحاجة إلى كمبيوتر كمي قائم على البوابة … ربما. هذه لا تزال في المراحل الأولى من التطوير.
لكن شركات مثل D-Wave تقوم ببناء أنظمة التلدين الكمي لعقود.
إليك كيف تصف D-Wave عملية التلدين:
تبدأ الأنظمة بمجموعة من الكيوبتات، كل منها في حالة تراكب من 0 و1. لم يتم اقترانها بعد.
عندما تخضع لعملية التلدين الكمي، يتم إدخال أدوات التوصيل والتحيزات وتصبح الكيوبتات متشابكة.
في هذه المرحلة، يكون النظام في حالة تشابك للعديد من الإجابات المحتملة. بنهاية التلدين، يكون كل كيوبت في حالة كلاسيكية تمثل الحد الأدنى من حالة الطاقة للمشكلة، أو حالة قريبة جدًا منها.
إليك كيف نصفها هنا في Neural: هل سبق لك أن رأيت واحدة من تلك المنحوتات الفنية ثلاثية الأبعاد؟
هذا إلى حد كبير ما هي عملية التلدين. فن النحت هو الكمبيوتر ويدك هي عملية التلدين. ما تبقى هو “حالة الطاقة الدنيا للمشكلة”.
من ناحية أخرى، تعمل أجهزة الكمبيوتر الكمومية القائمة على البوابة بشكل مختلف تمامًا. إنها معقدة بشكل لا يصدق وهناك عدد من الطرق المختلفة لتنفيذها، لكنها في الأساس تشغل الخوارزميات.
يتضمن ذلك نظام Microsoft التجريبي الجديد المتطور والذي، وفقًا لمدونة حديثة، جاهز تقريبًا لوقت الذروة:
كان نهج Microsoft هو متابعة كيوبت طوبولوجي يحتوي على حماية مدمجة من الضوضاء البيئية، مما يعني أنه يجب أن يستغرق الأمر عددًا أقل بكثير من الكيوبتات لإجراء عمليات حسابية مفيدة وتصحيح الأخطاء.
يجب أن تكون الكيوبتات الطوبولوجية أيضًا قادرة على معالجة المعلومات بسرعة، ويمكن للمرء أن يتسع لأكثر من مليون على رقاقة أصغر من شريحة الأمان في بطاقة الائتمان.
وربما سمع حتى أكثر قراء العلوم عرضيًا عن اختراق الكريستال المذهل الذي حققته Google.
في العام الماضي، كتبت هنا على Neural:
يمكن أن تكون “بلورات الزمن” من Google أعظم إنجاز علمي في حياتنا.
بلورة الوقت هي مرحلة جديدة من المادة، والتي، بشكل مبسط، تشبه وجود ندفة ثلجية تدور باستمرار ذهابًا وإيابًا بين تكوينين مختلفين.
إنها عبارة عن شعرية ذات سبع نقاط في لحظة واحدة وشبكة ذات عشرة رؤوس في اللحظة التالية، أو أيا كان.
المدهش في بلورات الوقت هو أنها عندما تدور ذهابًا وإيابًا بين تكوينين مختلفين، فإنها لا تفقد أو تستخدم أي طاقة.
لدى Heck، حتى D-Wave، الشركة التي وضعت التلدين الكمي على الخريطة، خططًا لإدخال الحوسبة الكمومية الهجينة عبر الأنظمة الأساسية للجماهير من خلال نموذج قادم قائم على البوابة خاص بها.
ما التالي بالنسبة لصناعة الحوسبة الكمومية
كم عدد علماء فيزياء الكم هناك؟ لا أحد يعرف، قياسها يغير كل شيء.
صناعة الحوسبة الكمومية مزدهرة بالفعل. بقدر ما نشعر بالقلق هنا في Neural، فقد بدأ التيار الرئيسي الآن للتو في التقاط نفحة مما سيبدو عليه العقد الثالث من القرن الحالي.
كما قال بوب ويسنيف، كبير التكنولوجيا في IBM Quantum، لـ Neural في عام 2019 عندما كشفت شركة IBM النقاب عن أول نظام كمي تجاري لها:
وصلنا إلى المكان المناسب في الوقت المناسب للحوسبة الكمومية، هذا مشروع ممتع … يمثل هذا التصميم لحظة محورية في التكنولوجيا.
وفقًا لـ Wisnieff وآخرين ممن قاموا ببناء أنظمة الكمبيوتر الكمومية الهجينة في المستقبل، فإن الجدول الزمني من التجربة إلى التنفيذ الكامل قصير جدًا.
حيث كانت أنظمة التحسين الكمي والتخمير موجودة منذ سنوات، نشهد الآن ظهور الجيل الأول من النماذج القائمة على البوابة لميزة الكم في السوق.
قد تتذكر أنك قرأت عن ” التفوق الكمي ” قبل بضع سنوات. الميزة الكمية هي نفس الشيء لكنها أكثر دقة من الناحية اللغوية.
يمثل كلا المصطلحين النقطة التي يمكن للكمبيوتر الكمومي عندها أداء وظيفة معينة في فترة زمنية معقولة قد يستغرق الكمبيوتر الكلاسيكي وقتًا طويلاً للقيام به.
السبب الذي يجعل “التفوق” سرعان ما غير صالح هو أن أجهزة الكمبيوتر الكمومية تعتمد على أجهزة الكمبيوتر الكلاسيكية لأداء هذه الوظائف، لذلك من المنطقي أن نقول إنها تعطي ميزة عند استخدامها جنبًا إلى جنب.
هذا هو تعريف الحوسبة الكمومية الهجينة.
أما ماذا بعد؟ من غير المحتمل أن ترى عرضًا لشريط شريطي للحوسبة الكمومية في أي وقت قريب. لن يكون هناك iPhone لأجهزة الكمبيوتر الكمومية، أو روح ثقافية تحيط بإطلاق معالج معين.
بدلاً من ذلك، مثل كل الأشياء العظيمة في العلوم، على مدار السنوات الخمس، و10، و100، و1000 سنة القادمة، سيستمر العلماء والمهندسون في نقل العصا من جيل إلى آخر وهم يقفون على أكتاف العمالقة ليروا إلى المستقبل.
بفضل عملهم المستمر، من المحتمل أن نشهد في حياتنا تحسينات هائلة على شبكات الطاقة، وحلًا لتعارضات الجدولة الجماعية، وتحسينات الشحن الديناميكية، ومحاكاة كيمياء الكم المثالية، وحتى اللمسات الأولى لتكنولوجيا المستقبل البعيد مثل كمحركات الاعوجاج.
ستعمل هذه التطورات التكنولوجية على تحسين نوعية حياتنا، وإطالة حياتنا، ومساعدتنا على عكس تغير المناخ الذي يسببه الإنسان.
الحوسبة الكمومية الهجينة، في رأينا المتواضع هنا في Neural، هي أهم تقنية سعت البشرية لتطويرها على الإطلاق. نأمل أن تظل معنا بينما نستمر في شق طريق التغطية على حدود عالم الهندسة الجديد والمثير.
المصدر: thenextweb
قد يهمك:
