شرح: ما هو التفوق الكمومي؟
يعد التفوق الكمي معلمًا تم السعي إليه منذ فترة طويلة في مجال الحوسبة ، والآن أعلنت Google أنها وصلت إليه. نظرة على العلم وراء المفهوم ، وما الذي تم تحقيقه بالفعل ومقدار ما تبقى.
أحد مكونات الكمبيوتر الكمومي من Google في مختبر سانتا باربرا ، كاليفورنيا ، الولايات المتحدة. (الصورة من رويترز) أعلنت جوجل هذا الأسبوع أنها حققت اختراقًا يسمى التفوق الكمومي في الحوسبة. ماذا يعني ذلك ، ولماذا هو مهم؟
إذن ، ما هو التفوق الكمومي؟
إنه مصطلح تم اقتراحه في عام 2012 من قبل جون بريسكيل ، أستاذ الفيزياء النظرية في معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا. يصف النقطة التي يمكن أن تقوم فيها أجهزة الكمبيوتر الكمومية بأشياء لا تستطيع أجهزة الكمبيوتر التقليدية القيام بها. في حالة Google ، ادعى باحثون في جامعة كاليفورنيا ، سانتا باربرا أنهم طوروا معالجًا استغرق 200 ثانية لإجراء عملية حسابية كان من الممكن أن يستغرق الكمبيوتر الكلاسيكي 10000 عام.
لكن ما هو الحاسوب الكمومي؟
تعمل أجهزة الكمبيوتر التقليدية لدينا على أساس قوانين الفيزياء الكلاسيكية ، وتحديداً من خلال الاستفادة من تدفق الكهرباء. من ناحية أخرى ، يسعى الكمبيوتر الكمومي إلى استغلال القوانين التي تحكم سلوك الذرات والجسيمات دون الذرية. في هذا النطاق الصغير ، يتوقف تطبيق العديد من قوانين الفيزياء الكلاسيكية ، ويلعب دور القوانين الفريدة لفيزياء الكم.
كان تطوير مثل هذا الكمبيوتر هدفًا للعلماء لما يقرب من أربعة عقود. في عام 1981 ، كتب الفيزيائي ريتشارد فاينمان: يبدو لي أن محاولة العثور على محاكاة حاسوبية للفيزياء هي برنامج ممتاز لمتابعة ... الطبيعة ليست كلاسيكية ... وإذا كنت تريد عمل محاكاة للطبيعة ، فمن الأفضل جعلها ميكانيكيًا كميًا ، وهي مشكلة رائعة ، لأنها لا تبدو سهلة.
ما الفرق الذي ستحدثه مثل هذه المحاكاة؟
يتعلق الأمر بسرعة المعالجة. دعونا نلقي نظرة على كيفية معالجة الكمبيوتر الكلاسيكي للمعلومات. يتم تخزين أجزاء المعلومات إما على شكل 0 أو 1. كل سلسلة من هذه الأرقام (سلاسل بت) تمثل حرفًا فريدًا أو تعليمة ؛ على سبيل المثال ، يمثل 01100001 الحرف الصغير a.
في الكمبيوتر الكمومي ، تُخزَّن المعلومات في وحدات بتات كمومية أو كيوبتات. ويمكن أن يكون الكيوبت 0 و 1 في نفس الوقت. تتضمن فيزياء الكم مفاهيم يصفها حتى علماء الفيزياء بأنها غريبة. على عكس الفيزياء الكلاسيكية ، حيث يمكن أن يوجد كائن في مكان واحد في وقت واحد ، تنظر فيزياء الكم إلى احتمالات وجود كائن في نقاط مختلفة. يسمى الوجود في حالات متعددة التراكب ، وتسمى العلاقات بين هذه الحالات التشابك.
كلما زاد عدد وحدات البت ، زاد مقدار المعلومات المخزنة فيها. بالمقارنة مع المعلومات المخزنة في نفس العدد من البتات ، فإن المعلومات الموجودة في الكيوبت ترتفع بشكل كبير. هذا ما يجعل الكمبيوتر الكمومي قويًا للغاية. ومع ذلك ، كما كتب Preskill من Caltech في عام 2012 ، فإن بناء أجهزة كمومية موثوق بها يمثل تحديًا بسبب صعوبة التحكم في الأنظمة الكمية بدقة.
سوندار بيتشاي مع أحد أجهزة الكمبيوتر الكمومية من Google في مختبر سانتا باربرا ، كاليفورنيا ، الولايات المتحدة. (الصورة من رويترز) هل هذا ما حققته جوجل؟
أظهر الباحثون ما يمكن أن يفعله الكمبيوتر الكمومي. قاموا ببناء بنية من 54 كيوبت باستخدام Sycamore ، الكمبيوتر الكمومي من Google. في حين أن إحداها لم تعمل ، فإن الـ 53 كيوبت الأخرى كانت متشابكة في حالة تراكب.
قام الفريق بتكوين تسلسل عشوائي لحوالي 1000 عملية. في كل مرة قاموا بتشغيل هذه الخوارزمية العشوائية ، ينتج الكمبيوتر الكمومي سلسلة بت.
الآن ، من المرجح أن تحدث بعض سلاسل البت أكثر من غيرها ، ومن الممكن تحديد أي منها أكثر احتمالاً. ومع ذلك ، فكلما كانت دائرة الكم العشوائية أكثر تعقيدًا ، كان من الصعب على الكمبيوتر الكلاسيكي تحديد سلاسل البت الأكثر احتمالًا - وتزايدت الصعوبة بشكل كبير. تم تحقيق التفوق عندما أثبتوا أن المعالج الكمي استغرق 200 ثانية فقط لحساب خوارزمية عشوائية فائقة التعقيد ، في حين أن أسرع كمبيوتر عملاق كان سيستغرق 10000 عام ، حسبما ذكرت Google في رسالة بريد إلكتروني.
اقرأ أيضا | التفوق الكمي في الحوسبة: تم الاختبار ، والاستخدام الواقعي بعيد المدى
لذا ، ما فائدة ذلك؟
لا شيء ، فيما يتعلق بالتطبيقات العملية. المهمة التي يتم أداؤها ليست في غاية الأهمية بالنسبة لهذا الإنجاز. قالت رسالة البريد الإلكتروني من Google إن الأمر يتعلق أكثر بحقيقة أن الإنجاز حدث في المقام الأول. استشهدت بالأخوين رايت كمثال: بالنسبة لهم لإثبات أن الطيران ممكن ، لم يكن الأمر مهمًا إلى حد كبير إلى أين تتجه الطائرة ، وأين أقلعت وهبطت ، لكنها كانت قادرة على الطيران على الإطلاق.
هل اقتنع الجميع؟
عارضت شركة IBM تأكيد Google بأن حسابها الكمي لا يمكن إجراؤه بواسطة جهاز كمبيوتر تقليدي. في إحدى المدونات ، زعمت شركة IBM أن الحساب الذي وصفه باحثو Google يمكن تحقيقه بواسطة جهاز كمبيوتر موجود في أقل من يومين ونصف اليوم ، وليس 10000 عام.
بالمناسبة ، ادعت شركة IBM نفسها حدوث اختراق في الحساب الكمي يوم الخميس. قالت شركة آي بي إم على موقعها على الإنترنت إن باحثيها حققوا تقدمًا كبيرًا في التحكم في السلوك الكمومي للذرات الفردية ، مما يدل على لبنة بناء جديدة متعددة الاستخدامات للحسابات الكمومية. تم نشر الورقة في مجلة Science. تظهر أبحاث Google في مجلة Nature.
لا تفوت من شرح | Dushyant Chautala: يتواصل 'بوذا' هذا البالغ من العمر 31 عامًا مع الجميع ، حيث تجاوز عمره سنه
ماذا بعد؟
يتطلع العلماء إلى تحسين عملهم ، بما في ذلك اكتشاف الأخطاء وإصلاحها. أشارت جامعة كاليفورنيا سانتا باربرا إلى أن البحث قد حقق بالفعل أداة حقيقية جدًا لتوليد أرقام عشوائية. يمكن أن تكون الأرقام العشوائية مفيدة في مجموعة متنوعة من المجالات - بما في ذلك حماية المفاتيح المشفرة لفك التشفير ، والتي قد تكون مشكلة شائكة محتملة للحكومات.
يمكن أن تؤدي أجهزة الكمبيوتر الكمومية في يوم من الأيام إلى تطورات هائلة في البحث العلمي والتكنولوجيا. من بين المجالات التي يمكن أن تكتسب الذكاء الاصطناعي ، والعلاجات الدوائية الجديدة. كل ذلك ، مع ذلك ، بعيد المنال.
شارك الموضوع مع أصدقائك:
