الحوسبة
حتى الحواسيب الكمومية يمكنها الاستفادة من التحسين الذاتي
عندما وصف ألبرت أينشتاين لأول مرة التشابك الكمومي في عام 1935، استخدم مصطلحات مثل “مخيف” بسبب سلوكه الغريب. من غير المرجح أنه كان يتخيل أن هذه الجسيمات الغريبة ستصبح العمود الفقري لثورة الحواسيب الكمومية.
في ذلك الوقت، كان الفيزياء الكمومية شيئًا لم يره العالم من قبل، ولا تزال علمًا متقدمًا يمتلك القدرة على إعادة تشكيل العالم كما تعرفه. اليوم، تستمر الحواسيب الكمومية في دفع حدود التكنولوجيا وتعد مكونًا حيويًا في تعزيز فهم العالم للتشابك الكمومي.
ما هي الحواسيب الكمومية وكيف تعمل؟
يعتبر الكثيرون الأجهزة الكمومية مستقبل الحوسبة عالية السرعة. يمكن لهذه الآلات القوية أن تتفوق على أقوى الحواسيب الفائقة المتقدمة بمقاييس هائلة. يأتي أداؤها المتفوق وقدراتها المحسنة من اعتماد هذه الأجهزة على وحدات قياس كمومية تُسمى الكيوبتات بدلاً من البتات التقليدية.
توفر الكيوبتات قدرات حوسبة أكبر بكثير لأنها تستفيد من السلوك الفريد للفيزياء الكمومية. يمكن لأفعال مثل التراكب، والتشابك، والتداخل الكمومي أن تُنشئ حواسيب ذات قدرات أعلى بكثير من الأنظمة التقليدية.
فهم التشابك الكمومي في الحوسبة الحديثة
من المدهش أن الحواسيب الكمومية يمكنها تقديم مثل هذا الأداء العالي بفضل تكوين الكيوبتات والتشابك الكمومي. يشير التشابك الكمومي إلى ظاهرة فريدة حيث يبقى جسيمان مترابطين، بغض النظر عن المسافة التي تفصل بينهما.
حتى مسافات سنوات ضوئية لا يمكن أن تفصل الكيوبتات المتصلة كموميًا. ومن الجدير بالذكر أن الجسيمات العالقة في التشابك الكمومي لا يمكن وصفها بشكل مستقل لأن حالتها مشتركة بين جميع الجسيمات المرتبطة.
كيف يتم اكتشاف التشابك الكمومي اليوم؟ شرح الطرق الحالية
إحدى أكبر العقبات أمام جعل الحواسيب الكمومية أكثر إتاحة هي صعوبة اكتشاف التشابك الكمومي بشكل كبير. تستخدم الطريقة الحالية نهج كلوزر-هورن-شيموني-هولت (CHSH) الذي تم تقديمه في عام 1969. يمكن لهذا النهج اكتشاف التشابك من خلال العثور على تناقضات بين توقعات الكم والواقعية المحلية.
أحدث الاختراقات في الحوسبة الكمومية: تحديث 2025
ظل نهج CHSH هو الطريقة المفضلة لمهندسي الحواسيب الكمومية لسنوات. ومع ذلك، أدت التطورات الأخيرة في الذكاء الاصطناعي إلى جعل طرق الكشف عن التشابك القائمة على التعلم الآلي التكيفية أكثر شيوعًا. قام المهندسون بإنشاء شبكات عصبية قوية يمكنها مراقبة وتصنيف الحالات الكمومية بين المتشابكة والقابلة للفصل بشكل أفضل.
قيود الحواسيب الكمومية اليوم وكيف يتغلب العلماء عليها
إحدى المشكلات الرئيسية في أكثر الحواسيب الكمومية تقدمًا اليوم تعود إلى اكتشاف الجسيمات المتشابكة. لا يمكن لهذه الأنظمة، مثل CHSH، تحقيق قياس دقيق لأن طريقة الملاحظة ثبت أنها تعطل وتدمر بعض الحالات الكمومية.
ومن المفارقات أن التشابك الكمومي يمكنه ربط الجسيمات عبر المجرات، لكنه في ذاته هش جدًا. عندما تُستخدم أدوات CHSH لإجراء قياسات لحالة كمومية وقياسات محلية على الأنظمة الفرعية القابلة للفصل مكانيًا، فإنها تتسبب عن غير قصد في انهيار الدالة الموجية العامة عبر معظم النظام.
دراسة جديدة: كيف يمكن للحواسيب الكمومية اكتشاف تشابكها الخاص
الدراسة “Detecting and protecting entanglement through nonlocality, variational entanglement witness, and nonlocal measurements“1 المنشورة في مجلة Physical Review Letters، تسلط الضوء على طريقة أفضل لاكتشاف متى يتحقق التشابك الكمومي. بدلاً من الاعتماد على خوارزمية ذكاء اصطناعي لإنجاز المهمة، قدم المهندسون من جامعة توهوكو ومدرسة سانت بول في لندن خيارًا مدعومًا بالكم.
هذا هو أول خوارزمية كمومية قادرة على اكتشاف التشابك دون إحداث أي ضرر. يوضح المهندسون أن إطار القياس غير المحلي الجديد، المسمى بشاهد التشابك المتغير (VEW)، يمكّن الحواسيب الكمومية من إجراء فحوصات لحالتها الكمومية.
ما هو شاهد التشابك المتغير (VEW) في الحوسبة الكمومية؟
يبدأ بروتوكول شاهد التشابك المتغير بتحليل كل حالة باستخدام الخوارزمية الكمومية المملوكة. يأخذ هذا النظام الجديد في الاعتبار البيانات التي تم جمعها من مشغل شاهد مبرمج ويجمعها مع أي عدم مساواة CHSH.
يسمح هذا النهج للنظام بفصل الجسيمات إلى فئتين، متشابكة وقابلة للفصل. على عكس الأساليب السابقة، يتيح هذا الطريقة اكتشاف التشابك بشكل محسن دون التسبب في أي تدهور للجسيمات المتشابكة في منطقة الملاحظة.
المصدر – Tohoku University
اختبار الحواسيب الكمومية: كيف يحافظ VEW على التشابك
لاختبار نظريتهم، بدأ المهندسون باستخدام شرائح فائقة التوصيل. كان هدف هذا الإجراء محاكاة القياس غير المحلي وتقييم حالة الكيوبتات الكمومية بعد القياس للتأكد من الحفاظ على التشابك في المناطق المحسنة. شمل الاختبار كلًا من التجارب المخبرية والمحاكاة الحاسوبية.
خلص المهندسون إلى أن طريقتهم الجديدة تحسن موثوقية اكتشاف التشابك بشكل شامل. تفوقت بشكل موثوق على الأساليب السابقة، بما في ذلك الخيارات المدعومة بالذكاء الاصطناعي، وتُحسّن كفاءة التمييز بين الحالات القابلة للفصل والمتشابكة.
بشكل واضح، يُظهر الاختبار أن الطريقة يمكنها إجراء قياسات مفصلة دون التسبب في انهيار الدالة الموجية. وبالتالي، ستكون حاسمة في الاكتشافات التقنية المستقبلية والبحوث التي يكون فيها مراقبة الحالة الكمومية لهذه الجسيمات أمرًا أساسيًا للنجاح.
لماذا VEW مهم: الفوائد لمستقبل التكنولوجيا الكمومية
هناك عدة فوائد يجلبها هذا البحث في الحوسبة الكمومية إلى السوق. أولاً، يسمح للمهندسين والباحثين بقياس وتقييم خصائص التشابك بدقة دون انهيار الدالة الموجية الكمومية. وبالتالي، فهو أكثر موثوقية ودقة بكثير من أي خيار حالي.
تطبيقات الحواسيب الكمومية في العالم الحقيقي وما هو التالي
هناك العديد من التطبيقات لهذه التقنية. أولاً، ستدمج الحوسبة الكمومية هذه التقنية لتحسين عروضها وقدراتها. حاليًا، تُعد الحواسيب الكمومية مكلفة للغاية بسبب دقتها وتكاليف صيانتها.
على سبيل المثال، تتطلب الحواسيب الكمومية نظام تبريد شديد الشدة لتعمل. يمكن تحسين هذه الأنظمة باستخدام بيانات هذه الدراسة، حيث سيسمح أسلوب الكشف الجديد للمهندسين بتتبع تأثير النظام على التشابك بشكل أفضل.
الاتصالات الكمومية: اتصالات في الوقت الحقيقي مع الجسيمات المتشابكة
يملك قطاع الاتصالات الكمومية القدرة على إحداث ثورة في مجال التواصل. بما أن الجسيمات الكمومية في حالة تشابك تكون متصلة، فإنها تشكل جهازًا مثاليًا للاتصال. في المستقبل، ستمكن الاتصالات الكمومية المهندسين والمسافرين في الفضاء من التواصل في وقت شبه لحظي، بغض النظر عن المسافة ومن خلال أي شكل من أشكال التداخل الطبيعي.
التشفير الكمومي: مستقبل الأمن غير القابل للاختراق
يستخدم التشفير الكمومي الفيزياء الكمومية لتلبية متطلبات التشفير. تمتلك هذه الأنظمة المتقدمة القدرة على جعل طرق التشفير الحالية غير صالحة. حاليًا، يتجه المهندسون نحو خيارات الحوسبة الكمومية لكل من التشفير وكسر طرق التشفير الحالية.
التهديد الذي تشكله الحواسيب الكمومية على أنظمة التشفير التقليدية حقيقي جدًا. بالفعل، هناك عملات مشفرة تم بناؤها خصيصًا مع حماية كمومية مدمجة في شيفرتها كطريقة لتأمين العملات ضد أساليب القرصنة الكمومية المستقبلية.
خط زمني للحواسيب الكمومية
لا يزال هناك الكثير من العمل المطلوب لدمج هذه التقنية الكمومية الجديدة في الحواسيب المتقدمة اليوم. قد يستغرق الحصول على حاسوب كمومي شخصي ميسور التكلفة أكثر من 10 سنوات.
على الرغم من الانتظار لتطبيقات تجارية، قد ترى هذه التقنية تُستخدم فورًا من قبل الحكومات والجيش وغيرهم الذين يسعون لتعميق فهمهم للتشابك الكمومي.
قابل الباحثين وراء اختراق التشابك الكمومي
قدّم دراسة الحوسبة الكمومية أستاذ مساعد في معهد أبحاث الحدود للعلوم متعددة التخصصات ومدرسة الدراسات العليا للهندسة في جامعة توهوكو، لي بن هو. وقد ساعده هاروكي ماتسوناغا ومهندسون آخرون من جامعة توهوكو ومدرسة سانت بول في لندن.
خطط مستقبلية
الآن بعد أن أثبت الفريق فعالية خوارزميتهم، هدفهم التالي هو تحسين أدائها. ومن المدهش أن الباحثين قد بدأوا بالفعل في ضبط الخوارزمية لتعزيز قدرات اكتشاف التشابك.
أهم الشركات التي تدفع الحوسبة الكمومية إلى الأمام في عام 2025
بدأ السباق لإنشاء حواسيب كمومية ميسورة التكلفة وموثوقة. تهيمن شركات كبرى مثل مايكروسوفت وNVIDIA على هذا القطاع وقد استثمرت ملايين في إنشاء هذه الأجهزة الحوسبية المتطورة.
ومن الجدير بالذكر أن الطبيعة المتقدمة للتقنية تفتح الباب حتمًا أمام الشركات الصغيرة لتصبح حضورًا مغيرًا في السوق. إليكم إحدى هذه الشركات التي حظيت باهتمام كبير مؤخرًا.
IonQ Inc
IonQ Inc. (IONQ ) دخلت السوق في عام 2015. ومن الجدير بالذكر أن مؤسسي الشركة، كريستوفر مونرو وجونغسانغ كيم، كانا يعملان في مجال الميكانيكا الكمومية لما يقرب من 25 عامًا. سمحت هذه الخبرة للشركة بالدخول السريع إلى القطاع لتصبح واحدة من أبرز الباحثين في الحوسبة الكمومية على مستوى العالم.
اليوم، الشركة المصنعة للحواسيب الكمومية ومقرها في ماريلاند لديها عمليات وعملاء في جميع أنحاء العالم. لقد أبرمت عقودًا رفيعة المستوى، بما في ذلك عقد بقيمة 54.5 مليون دولار مع مختبر أبحاث القوات الجوية الأمريكية. يكلف الاتفاقية IonQ بإنشاء بنية تحتية للأنظمة الكمومية المستقبلية.
(IONQ )
منذ إطلاقها، حصلت IonQ على عدة مستثمرين رفيعي المستوى ومحترفين في الصناعة. ومن الجدير بالذكر أنه في عام 2019، تم تعيين بيتر تشابمان من أمازون برايم كرئيس تنفيذي. ومنذ ذلك الحين، أبرمت الشركة شراكات استراتيجية مع Azure وGoogle Cloud ومايكروسوفت، على سبيل المثال.
أولئك الذين يبحثون عن سهم حاسوب كمومي موثوق ومثبت يجب أن يجريوا المزيد من البحث حول IONQ. سجل الشركة المستمر والاستثمارات المتواصلة في شبكتها ومنتجاتها ساعدتها في الحصول على تقييم “شراء” قوي من معظم المحللين.
آخر المستجدات حول IonQ Inc.
لماذا تغير ثورة الحوسبة الكمومية كل شيء
إن إدخال الحواسيب الكمومية يمثل خطوة كبيرة للبشرية. سيفتح الباب أمام أنظمة ذكاء اصطناعي أكثر تقدمًا ويسمح للمهندسين بإجراء محاكاة وبحوث على نطاق جديد كليًا.
كل هذه العوامل تجعل هذه الدراسة محورية. وبالتالي، يستحق الفريق وراء هذا البحث تحيةً لجهوده وعمله الجاد. إنها تضع الأساس للثورة الحوسبية القادمة.
اكتشف اختراقات حاسوبية أخرى رائعة الآن.
الدراسات المشار إليها:
1. Matsunaga, H., & Ho, L. B. (2025). اكتشاف وحماية التشابك من خلال عدم المحلية، وشاهد التشابك المتغير، والقياسات غير المحلية. Physical Review Research, 7(1), 013239. https://doi.org/10.1103/PhysRevResearch.7.013239
