هل نرى الحواسيب الكمية في الأسواق قريبًا؟
بدا للكثير منا أن تكنولوجيا الحوسبة الكمية هي واحدة من تلك التقنيات المثيرة التي لن نراها على أرض الواقع قبل مرور 20 عامًا على الأقل، لكن يبدو أن 2017 قد يكون هو العام الذي ستكشف فيه هذه التكنولوجيا عن نفسها في المختبرات.
وظفت مؤخرًا شركات الحوسبة العملاقة مثل «جوجل» و«مايكروسوفت» مجموعة من رواد تكنولوجيا الحواسيب الكمية، كما وضعت أهدافًا طموحة تتعلق بهذا العام. يعكس طموح هذه الشركات عملية انتقالًا أوسع لهذه التكنولوجيا في الشركات المبتدئة ومختبرات الأبحاث الأكاديمية على حد سواء؛ وذلك للانتقال من العلوم البحتة نحو هندسة هذه التكنولوجيا عمليًا.
ويقول «كريستوفر مونرو»، وهو فيزيائي في جامعة ماريلاند الذي شارك في تأسيس شركة (IonQ) الناشئة عام 2015، إنه من الواضح أن الناس يبنون شيئًا مميزًا هنا، «أنا لم أر قط أي شيء من هذا القبيل. إنها لم تعد مجرد أبحاث».
جوجل ومايكروسوفت بدأتا
بدأت جوجل تعمل على نموذج الحوسبة الكمية التي تسخر تقنيات الموصلية الفائقة في عام 2014. وتأمل الشركة هذا العام، أو بعد فترة وجيزة، في بناء نظام حوسبة أبعد بكثير من أقوى أجهزة الكمبيوتر العملاقة الكلاسيكية – وهو حدث هام ومعلم بعيد المنال معروف باسم «سيادة الكم».
أما منافستها مايكروسوفت، فتراهن على مفهوم مثير للاهتمام، ولكنه غير مثبت، الحوسبة الكمية الطوبوغرافية، وتأمل في إجراء أول عرض لهذه التكنولوجيا.
أيضًا، فإن المشهد بالشركات الناشئة الخاصة بالحوسبة الكمية يبدو ساخنًا جدًا. تخطط شركة مونرو (Monroe) لبدء التعاقد بشكل جدي هذا العام، فكل من الفيزيائي «روبرت شولكوف» من جامعة ييل في ولاية كونيتيكت الأمريكية، والذي شارك في تأسيس الشركة الناشئة «كوانتم سيركيتس» (Quantum Circuits)، والفيزيائي التطبيقي السابق في (IBM) «تشاد ريجيتي»، الذي قام بإنشاء شركة (Rigetti) في ولاية كاليفورنيا الأمريكية، يقولان إنهما يتوقعان التوصل إلى معالم حاسمة لهذه التقنية في وقت قريب.
تتواجد أيضًا المختبرات الأكاديمية في عدة جامعات في مرحلة مماثلة. فيقول شولكوف الذي يقود مجموعة تتسابق لبناء جهاز كمبيوتر كمي في جامعة ييل الأمريكية، «لقد أثبتنا وأوضحنا جميع المكونات وجميع الوظائف التي نحتاجها». وعلى الرغم من أن الكثير من التجارب الفيزيائية لا تزال بحاجة إلى القيام بها؛ حتى يمكن التوصل إلى مكونات تصلح للعمل سويًا لإنتاج تكنولوجيا الحوسبة الكمية، فإن التحديات الرئيسة الآن تتمثل في مجال الهندسة، طبقًا لرأي العديد من الخبراء.
يذكر أنه جرت عملية اختبار لحاسوب كمي بسعة 20 كوبايت في مختبر راينر بلات (Rainer Blatt) الأكاديمي في جامعة أنسبروك في النمسا.
الحوسبة الكمية
الحوسبة الكمية هي التكنولوجيا التي يتوقع الكثير من العلماء ورجال الأعمال والشركات الكبيرة، أن تقدم وتمدنا بنقلة نوعية كبيرة في المستقبل. الحوسبة الكمية هذه هي التي تحدث عنها رئيس الوزراء الكندي جاستن ترودو، في أحد الفيديوهات التي شهدت انتشارًا واسعًا يوم 16 أبريل (نيسان) 2016، والذي أوضح فيه المفهوم بشكل بسيط.
في ذلك الوقت كان ترودو في زيارة لمعهد بيريميتر (Perimeter) للفيزياء النظرية في مقاطعة أونتاريو، وهو واحد من المراكز الرائدة حول العالم التي تعنى بدراسة الحوسبة الكمية وتطويرها. ترودو ذكر أن النظام الرقمي المستخدم حاليًا في جميع الإلكترونيات يعتمد على النظام الثنائي المكون من الرقمين (صفر وواحد) فقط، بينما في النظام الكمي، فإننا سنعتمد على الدمج بين مفهوم الجزيئات مفهوم الموجات، فيما يعرف بمبدأ عدم التأكد لهايزنبرغ الذي تعتمد عليه ميكانيكا الكم، وهو ما سيساعدنا على إنتاج حواسيب صغيرة بشكل ملحوظ.
مفهوم الحوسبة الكمية هو أمر جديد نسبيًا؛ إذ يعود تاريخ طرحها إلى عدد من الأفكار خلال فترة الثمانينات من القرن الماضي، وذلك من قبل العالم «ريتشارد فاينمان»، عالم الفيزياء النظرية الأمريكية المميز والحائز على جائزة نوبل. فقد تصور فاينمان أن هذا المفهوم يمكن أن يؤدي إلى زيادة في سرعة الحواسيب الكمية بشكل ملحوظ وكبير، لكن هذا المفهوم كان في نطاق الفيزياء النظرية، والذي كان يحتاج إلى جهد عقلي كبير لتحويله إلى تطبيق عملي.
مع أجهزة الكمبيوتر العادية، أو أجهزة الكمبيوتر التقليدية كما يطلق عليها الآن، لا يوجد لدينا سوى خيارين،: عمل وإطفاء (on and off) لمعالجة المعلومات. وبالتالي فإن أصغر وحدة يمكن إضافة المعلومات والبيانات إليها، والتي يطلق عليها اسم «بيت» bit، إما أن تكون «1» أو «0». وتعتمد القوة الحسابية للكمبيوتر العادي هنا على عدد الترانزستورات الثنائية – مفاتيح التشغيل الصغيرة – التي تأتي ضمن المعالج (prosessor).
شركة «إنتل» الشهيرة قدمت أول معالج عام 1971، وكان يتكون من 2300 «ترانزيستور»، لكن في أيامنا هذه فإن إنتل تقوم بإنتاج معالجات «ميكرو» تحتوي على حوالي خمسة مليار ترانزيستور. وعلى الرغم من هذا العدد الهائل، إلا أنها لا تزال محدودة ومقيدة بالنظام الثنائي. بينما في الحواسيب الكمية المفترضة، فإنها ستحمل خيارات أكبر بكثير؛ نظرًا لحالة عدم التيقن الخاصة بحالتها المادية.
الكيوبايت
ويستخدم كمبيوتر الكمي نظام «الكو بايت»، بدلًا من نظام «البايت الثنائي»؛ وهو ما يعني أن الأمور لا يمكن أن تكون فقط على إحدى صورتين (0 ، 1)، ولكن يمكن أن تكون في مدى معين بين هاتين الصورتين. ويأمل العلماء أنه من خلال تسخير هذه القوة، سيصبح بإمكانهم جعل أجهزة الكمبيوتر أسرع بكثير جدًا من أجهزة الكمبيوتر التقليدية الموجودة بين أيدينا الآن، واستخدامها في حل بعض من أكبر مشاكل البشرية.
هناك العديد من المقترحات التي تتنافس على كيفية بناء الكيوبايت، ولكن هناك نوعان من الترشيحات البارزة التي جرى التأكد من قدرتها على تخزين المعلومات لفترات طويلة على نحو متزايد – على الرغم من ضعف الحالة الكمية التي يمكن أن تسبب اضطرابًا خارجيًا – ولتنفيذ عمليات المنطق الكمية.
أحد هذين الترشيحات يتمثل في الأمر الذي ساعد شولكوف في ريادته وتطويره، وهو الذي اعتمدته شركات «جوجل» و«آي بي إم» و(Rigetti) و(Quantum Circuits)، ويشمل ترميز الحالة الكمية على هيئة تيارات متذبذبة في حلقات فائقة التوصيل. أم الترشيح الآخر، فهو الذي قامت به شركة (IonQ) والعديد من المختبرات الأكاديمية الرئيسة، ويشمل عملية ترميز الكيوبايتات في أيونات مفردة تحتفظ بها الحقول الكهربائية والمغناطيسية في مصايد من الفراغ.
أول عملية برمجة كمية
في شهر أغسطس (آب) 2016، أظهرت دراسة حديثة أن الحواسب الكمية يمكن برمجتها وإعادة برمجتها واستخدامها في حل «الخوارزميات البسيطة».
في مركز هذا الجهاز الجديد توجد خمس ذرات مشحونة كهربائيًا، أو أيونات. هذه الذرات محاصرة بواسطة مجال مغناطيسي، وتجبرها آشعة الليزر – المسلطة تحديدًا وبدقة على هذه الذرات فقط – على الاهتزاز. ويمكن استخدام آشعة «الليزر» هذه لمعالجة «الأيونات»، مستغلة في ذلك حقيقة أن الذرات قادرة على أن تكون في أكثر من صورة أو حالة في نفس الوقت، هذا هو جوهر الحوسبة الكمية. على هذا النحو، يمكن للعالم استخدام هذه المعالجة بطرق أخرى، هي في الأساس مستحيلة بالنسبة لأجهزة الكمبيوتر العادية.
في الاختبارات والتجارب، كان هذا الكمبيوتر الكمي قادرًا على القيام بعملية حسابية في خطوة واحدة فقط، وهي العملية التي تحتاج إلى أكثر من خطوة لحلها في الحواسيب التقليدية. وأظهر اختبار آخر عملية إكمال هذا الكمبيوتر لعملية حسابية، من شأنها أن تسمح له باختراق أنواع تشفير آمنة للغاية، والتي يعتقد عادة أن اختراقها مستحيل.
ويقول العلماء: إن العمل المنجز يمكن زيادته إلى ما بعد الخمسة «كو بايتات»، التي يتكون منها الآن. ويشير هؤلاء العلماء إلى النظام، باعتباره «وحدة»؛ نظرًا لأنه يمكن برمجته وتوصيله حواسب كمية أخرى؛ مما يسمح بمرونة الاستخدام.
وقال عالم الفيزياء الكمية الأمريكي «البروفيسور كريستوفر مونرو»، الذي قاد فريق البحث في جامعة «ميريلاند»، إن عددًا قليلًا جدًا من الناس يعرفون ما تقوم به أجهزة «أيفون» فعلًا في المستوى المادي. وأضاف «تجربتنا أوجدت كوبايتات (بايت كمي) عالية الجودة، تصل إلى مستوى أعلى من الأداء الوظيفي، من خلال السماح لهم ببرمجتها وإعادة تكوينها في مجال البرمجيات».
https://www.sasapost.com/quantum-computers-soon/
رد مع اقتباس