الحوسبة الكمية ثورة في عالم التكنولوجيا الحديثة

إن ابتكار عقاقير دوائية ثورية واختبار مواد جديدة للسيارات ومحاكاة كيفية تأثير سيناريوهات السوق على البنوك، هذه ليست سوى بعض المهام التي قد يستغرق تطويرها شهوراً أو سنوات، حتى مع أجهزة الكمبيوتر الأكثر تقدماً.

ولكن ماذا لو أمكن تقليص هذا الإطار الزمني إلى دقائق أو ساعات؟

هذا هو الوعد الكامن وراء الحوسبة الكمومية، وهو مجال تمت دراسته لعقود من الزمن وحظي باهتمام متزايد، واستثمارات، من عمالقة التكنولوجيا والشركات الناشئة على حد سواء.

يوم الأربعاء، كشفت شركة IBM يوم الأربعاء عن معالجها التجريبي الجديد Loon وشريحة الحوسبة الكمية Nighthawk، والتي يمكنها إجراء عمليات حسابية أكثر تعقيداً من سابقتها. وقد شهد العامان الماضيان إعلانات متعلقة بالكم من جوجل ومايكروسوفت وشركات تقنية أخرى.

من المحتمل أن تؤدي الحوسبة الكمية إلى زيادة في القيمة بقيمة 1.3 تريليون دولار في بعض الصناعات بحلول عام 2035، وفقًا لشركة ماكينزي آند كومباني، ولسبب وجيه. ويعتقد الخبراء أن الحوسبة الكمية يمكن أن تؤدي إلى اختراقات في مجالات مثل التشفير والتمويل والعلوم والنقل، وتقول شركة IBM تقول إن هذه التكنولوجيا يمكن أن تحل بعض المشاكل في دقائق أو ساعات والتي عادة ما تستغرق أجهزة الكمبيوتر القياسية غير الكمية آلاف السنين.

ولكن هناك طريق طويل أمامنا. إن اختراق الحوسبة الكمية ليس مسألة ترقية أجهزة الكمبيوتر الحالية. إنه نهج منفصل تمامًا للحوسبة يعتمد على مبادئ فيزياء الكم.

يقول سريدهار تايور، الأستاذ في كلية تيبر لإدارة الأعمال بجامعة كارنيجي ميلون: الطائرة المقاتلة ليست سيارة فيراري أسرع لأن لها أجنحة. "الحوسبة الكمية ليست مجرد حاسوب كلاسيكي أسرع، لأنها تعمل على مبدأ مختلف."

ما الذي يجعل الحواسيب الكمية مختلفة؟

تقوم الحواسيب بتخزين ومعالجة المعلومات باستخدام لغة مكونة من أصفار وآحاد، والمعروفة أيضًا باسم "بتات". لكن الحوسبة الكمية تستخدم "بتات كمومية"، والمعروفة أيضًا باسم "الكيوبتات". فبدلاً من أن تكون إما صفر أو واحد، يمكن للكيوبتات أن تتصرف مثل الصفر أو الواحد في آن واحد وتتواجد في حالات بين الصفر والواحد، مما يسمح لها بمعالجة المعلومات بسرعة أكبر بكثير.

تخيلها على أنها عملة معدنية، كما شرحت آنا ستيوارت. فالبتات هي العملة المعدنية عندما تستقر على الصفر أو الذيل، بينما الكيوبتات هي العملة المعدنية أثناء دورانها بين الصفر والكتلة أو إذا كانت العملة المعدنية يمكن أن تمثل الصفر والكتابة في نفس الوقت.

{{MEDIA}}

ولكن لا تتوقع أن تحل الحواسيب الكمية محل حاسوبك المحمول أو هاتفك الذكي. وبدلاً من ذلك، فإن هذه الأنواع من الحواسيب مثالية لحل المشاكل الكبيرة التي تنطوي على الكيمياء والرياضيات، مما يجعلها قادرة على تغيير قواعد اللعبة في مجالات مثل الصحة والدراسات البيئية والتمويل وعلوم المواد والتشفير.

فعلى سبيل المثال، تعمل مجموعة BMW وشركة إيرباص مع شركة Quantinuum الناشئة في مجال الحوسبة الكمية للبحث في كيفية استخدام هذه التكنولوجيا في تطوير خلايا الوقود. وفي الوقت نفسه، تتعاون مختبرات أكسنتشر وشركة التكنولوجيا الحيوية Biogen وشركة الحوسبة الكمية 1QBit في أبحاث تتعلق باكتشاف الأدوية. وقالت أكسنتشر على موقعها الإلكتروني إن الحواسيب الكمية يمكنها مقارنة جزيئات أكبر بكثير من تلك التي يمكن للحواسيب الكلاسيكية حسابها.

وقال أناند ناتاراجان، الأستاذ المشارك في الهندسة الكهربائية وعلوم الكمبيوتر في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا: "الأمل الكبير هو أن يتمكن الكمبيوتر الكمي من محاكاة أي نوع من التجارب الكيميائية أو البيولوجية التي يمكن أن تقوم بها في المختبر".

وقال ناتاراجان إن الحوسبة الكمية يمكن أن تكون مؤثرة بشكل كبير عندما يتعلق الأمر بالتشفير والأمن السيبراني حيث يمكن استخدامها لفك الشفرات المستخدمة لحماية البيانات.

وأضاف: "هذا أيضًا دافع رئيسي، وهو التأكد من أن خصومنا لا يستطيعون القيام بذلك وأننا نمتلك هذه القدرة".

وقد ذكر في أكتوبر أن حفنة من شركات الحوسبة الكمية كانت تناقش صفقات محتملة مع وزارة التجارة من شأنها أن توفر التمويل الفيدرالي مقابل حصة في الأسهم.

وعندما طُلب من متحدث باسم وزارة التجارة التعليق، قال متحدث باسم الوزارة إنها "لا تتفاوض حاليًا على حصص في الأسهم مع شركات الحوسبة الكمية".

السباق نحو اختراق الحوسبة الكمية

لكن أمام الصناعة موجة من التحديات التي يجب التغلب عليها قبل أن تتمكن الحوسبة الكمية من حل المعضلات الحديثة. على سبيل المثال، تعتبر الكيوبتات هشة للغاية، مما يجعلها عرضة للعوامل الخارجية مثل التغيرات في درجة الحرارة أو الضوء.

يحاول معالج Loon التجريبي الجديد لشركة IBM معالجة هذه العقبة من خلال إثبات وجود المكونات اللازمة لبناء حاسوب كمي متحمل للأخطاء على نطاق واسع، والذي يمكن أن يعمل بفعالية حتى في حالة وجود أخطاء. إنها خطوة مهمة لأن الأخطاء أمر لا مفر منه نظراً لأن الكيوبتات عرضة للتداخل.

"إذا قمت فقط بذبذبة طاولة، فسوف أقتل حواسيبنا الكمية. إذا دخل القليل من الضوء إلى هناك، يمكن أن يؤذيها"، قال جاي غامبيتا، مدير الأبحاث في شركة آي بي إم.

{{MEDIA}}

وفي الوقت نفسه، يمكن لرقاقة Nighthawk الجديدة من آي بي إم تشغيل "بوابات" أكثر تعقيدًا، وفقًا لغامبيتا. والبوابات هي "اللبنات الأساسية" التي تستخدمها الحواسيب الكمية لمعالجة المعلومات، كما يصفها المعهد الوطني للمعايير والتكنولوجيا.

شركة IBM هي مجرد منافس واحد في سباق الحوسبة الكمية. فقد طرحت شركة مايكروسوفت في فبراير الماضي شريحة الحوسبة الكمية ماجورانا 1. تحتوي هذه الرقاقة على مادة خاصة تقول الشركة إنها يمكن أن تخلق حالة جديدة من المادة قادرة على إنتاج كيوبتات أكثر استقرارًا. كشفت شركة جوجل في ديسمبر عن شريحة حوسبة ويلو للحوسبة الكمية التي تقول إنها تقلل من الأخطاء مع استخدام المزيد من الكيوبتات ويمكنها أن تفعل في خمس دقائق ما قد يستغرقه الكمبيوتر الكلاسيكي 10 سبتليون سنة.

لا تزال هناك بعض الطرق للمضي قدماً

لا تزال هيئة المحلفين لا تعرف بالضبط متى سترتقي الحوسبة الكمية إلى مستوى إمكاناتها.

يعتقد ناتاراجان أننا ما زلنا على الأرجح على بعد عقد أو عقدين من الزمن. قالت شركة ماكينزي إن 72% من المديرين التنفيذيين والمستثمرين والأكاديميين في مجال التكنولوجيا الذين تحدثت معهم يقولون إن الكمبيوتر الكمي المتحمل للأخطاء بالكامل يمكن أن يصل بحلول عام 2035. وتتوقع شركة IBM أن تصل إلى حوسبة كمومية قادرة على تحمل الأخطاء بحلول نهاية العقد الحالي.

ولكن عندما يحدث ذلك، يمكن أن تكون الفوائد هائلة.

"في الوقت الحالي، بشكل ما. نحن نحاول إجراء جراحة الدماغ باستخدام ملعقة وشوكة. ولكن من الناحية المثالية، لإجراء جراحة الدماغ، ستحتاج إلى أدوات أكثر دقة بكثير"، كما قال تايور من جامعة كارنيجي ميلون. "وهذه الأدوات الأكثر دقة هي إحدى وعود الكمبيوتر الكمي."