هل للحوسبة الكمومية أول حالة استخدام حقيقية في العالم الحقيقي؟

الكم والذكاء الاصطناعي والفوتونيات: ثورة حوسبة جديدة

تشهد تكنولوجيا الحوسبة والمعلومات العديد من الثورات التكنولوجية في وقت واحد: صعود الذكاء الاصطناعي، وظهور الحوسبة الكمومية، والتوجه إلى الفوتونيات للتغلب على قيود الحوسبة السيليكونية الكلاسيكية.

حتى الآن، عملت كل من هذه القطاعات الجديدة في الغالب في صوامع معزولة: يتم إجراء تدريب الذكاء الاصطناعي والحوسبة على شرائح السيليكون الكلاسيكية، وتسعى الحوسبة الكمومية إلى تحسين تكنولوجيتها حتى تتمكن من إيجاد استخدام عملي، ولا تزال تكنولوجيا الفوتونيات تجري تجارب على التصاميم والتطبيقات.

ولعله من غير المستغرب أن دمج هذه المجالات معًا يُنبثق منه إمكانيات جديدة. ويبدو أن الحوسبة الكمومية قد وجدت استخدامًا عمليًا لها، ولن تحتاج حتى إلى مزيد من التطوير قبل أن تصبح مفيدة.

توصل باحثون في مركز فيينا لعلوم وتكنولوجيا الكم (VCQ) (النمسا)، ومعهد بوليتكنيك في ميلانو (إيطاليا)، والمجلس الوطني للأبحاث (IFN-CNR) (إيطاليا)، وشركة Quantinuum (المملكة المتحدة)، إلى أن أجهزة الكمبيوتر الكمومية الحالية يمكن أن تتفوق على أجهزة الكمبيوتر الكلاسيكية في تدريب الذكاء الاصطناعي، باستخدام معالج فوتوني.

وقد نشروا نتائجهم في مجلة Nature Photonics¹، تحت عنوان "التعلم الآلي التجريبي القائم على النواة المعززة بالكم على المعالج الفوتوني".

لماذا يواجه تدريب الذكاء الاصطناعي والحوسبة الكمومية حدودًا؟

تكاليف تدريب الذكاء الاصطناعي المرتفعة ومتطلبات الطاقة

في الآونة الأخيرة، حققت تقنية الذكاء الاصطناعي تقدمًا هائلًا. إلا أن هذا لم يتحقق إلا باستخدام قدرات حاسوبية هائلة، تستهلك عشرات المليارات من الدولارات من الرقائق والكهرباء.

بالتأكيد، يمكن تحقيق بعض التقدم في الكفاءة، كما هو موضح بواسطة DeepSeek AI المدرب بتكلفة منخفضة للغاية في كل من الحوسبة والمالمتفوقةً على منافسيها الغربيين بفارقٍ هائل. مع ذلك، في نهاية المطاف، لن يُسهم تحسين البرمجيات إلا في جعل تدريب الذكاء الاصطناعي أقل استهلاكًا للطاقة والحسابات.

تحديات قابلية التوسع والضوضاء في الحوسبة الكمومية

في الوقت نفسه، تُعدّ الحوسبة الكمومية تقنية واعدة، إلا أنها تعاني حتى الآن من عيبٍ خطير. فالحالة الهشة للغاية للمادة، والتي يجب الحفاظ عليها لضمان نجاح الحوسبة الكمومية، تجعلها مكلفةً وغير قابلةٍ للتوسع.

وهذا يعني أيضًا أن النتائج التي تم الحصول عليها "ضوضائية"، مع وجود أخطاء منتظمة وتأخيرات ونتائج غير موثوقة.

هنا أيضًا، قد تعني الابتكارات إما شبكة من أجهزة الكمبيوتر الكمومية الأصغر or هندسة تصميم أجهزة جديدة، باستخدام حالة جديدة من المادة تسمى الموصلات السطحية، مما يسمح بالتوسع، قد يحل المشكلة.

وحتى يتم تأكيد ذلك، فإن هذا الأمر لا يزال يثير التساؤل حول أهمية الحوسبة الكمومية، وهي تقنية لا تزال في مرحلة البحث عن حالة استخدام عملية منطقية من الناحية الاقتصادية.

طرق النواة المحسنة الكمومية للذكاء الاصطناعي

كيف تضيف نوى الكم قوة الأبعاد إلى التعلم الآلي

تُستخدم طرق النواة على نطاق واسع كأدوات في التعلم الآلي، وتستخدم طريقة رياضية لإضافة أبعاد إلى مجموعة بيانات لتحديد الأنماط المخفية بشكل أفضل.

المصدر MDPI

يتضمن هذا، بالطبع، رياضيات معقدة للغاية، ولن يفهمها إلا عدد محدود من المتخصصين العاملين في هذا المجال. يمكنك مشاهدة تمثيل مرئي لكيفية عملها في هذا الفيديو:

ويمكن أن تكون هذه الحسابات المعقدة مناسبة تمامًا للقدرات الفريدة لأجهزة الكمبيوتر الكمومية.

المعالجات الفوتونية تلتقي بأنوية الكم للذكاء الاصطناعي

تم استخدام معالج فوتوني متكامل، تم إنشاؤه عن طريق الكتابة بالليزر الفيمتوثانية على ركيزة زجاجية من البورسليكات، في هذه التجربة لتشفير البيانات إلى حالة يمكن معالجتها بواسطة كمبيوتر كمي.

المصدر طبيعة الضوئيات

بهذه الطريقة، تم استخدام النوى التي تعرض التداخل الكمي للحساب ومقارنتها بالطرق الكلاسيكية.

المصدر طبيعة الضوئيات

النتائج التجريبية: النوى الكمومية مقابل النوى الكلاسيكية

قام العلماء باختبار أربعة أحجام مختلفة لمجموعات البيانات، تتراوح من 40 إلى 100 نقطة بيانات، حيث تمت مقارنة النواة الكمومية (باللون الأزرق) بالنواة الكلاسيكية (باللون البرتقالي).

المصدر طبيعة الضوئيات

في كلتا التجربتين، كان أداء النواة الكمومية أفضل من أداء النواة الحوسبية الكلاسيكية.

"لقد وجدنا أنه بالنسبة للمهام المحددة، ترتكب خوارزميتنا أخطاء أقل من نظيرتها الكلاسيكية."

فيليب والتر – أستاذ في جامعة فيينا.

الخطوات التالية نحو تدريب الذكاء الاصطناعي الكمي في العالم الحقيقي

الانتقال من العرض التوضيحي إلى الإنتاج: تدريب الذكاء الاصطناعي الكمي

أثبتت هذه التجربة أن أجهزة الكمبيوتر الكمومية الموجودة اليوم قادرة على التفوق على أجهزة الكمبيوتر الكلاسيكية في المهام المستخدمة عادة في تدريب الشبكات العصبية.

هذا أمرٌ بالغ الأهمية، لأنه حتى الآن، كان يُفترض أنه لا يمكن استخدام سوى حاسوب كمّي أكثر موثوقية لهذا النوع من التطبيقات. والآن، وبعد أن ثبت عدم صحة ذلك تجريبيًا، ستكون الخطوة التالية هي إجراء تدريب عملي للذكاء الاصطناعي، ولو لفترة محدودة، باستخدام هذه التقنية.

ولتحقيق هذه الغاية، من الممكن تصميم خوارزميات جديدة مستوحاة من الهندسة المعمارية الكمومية، مما يؤدي إلى تحقيق أداء أفضل.

"وهذا يعني أن أجهزة الكمبيوتر الكمومية الحالية يمكنها إظهار أداء جيد دون تجاوز التكنولوجيا الحديثة بالضرورة"

تشنغهاو يين – طالب دكتوراه في جامعة فيينا.

كيف تُقلل الفوتونيات الكمومية من استخدام الذكاء الاصطناعي للطاقة

تستطيع منصات الفوتونيات تقديم أداء حوسبي مماثل أو أداء حوسبي أفضل مع استهلاك طاقة أقل بكثير. ونظرًا لأن الطاقة تُشكل عائقًا متزايدًا أمام صناعة الذكاء الاصطناعي، أكثر من القدرة على الحوسبة أو الابتكارات، فقد يجعل هذا استخدام اكتشافات الحوسبة الكمومية الفوتونية أمرًا بالغ الأهمية.

"قد يكون هذا أمرًا بالغ الأهمية في المستقبل، نظرًا لأن خوارزميات التعلم الآلي أصبحت غير قابلة للتطبيق، بسبب متطلبات الطاقة المرتفعة للغاية".

ايريس اجريستي – طالبة دكتوراه في جامعة فيينا.

 الأيونات المحاصرة مقابل تقنية الكم الفائقة التوصيل: ما هو التالي؟

وقد يكون لذلك عواقب مهمة على اتجاه صناعة الحوسبة الكمومية.

حتى الآن، تم تقسيم المجال بين تقنية الأيونات المحاصرة، ذات الموثوقية العالية، ولكن قدرة الحوسبة الكمية (كيوبت) المنخفضة لكل جهاز، مقابل التصميمات الأكثر تعقيدًا التي تعتمد على الموصلية الفائقة، والتي كانت حتى الآن صاخبة للغاية، ولكن من المرجح أيضًا أن تكون قابلة للتطوير في النهاية إلى حجم كيوبِت كبير.

أُجري البحث بشراكة وثيقة مع شركة كوانتينيوم، حيث يعمل أربعة من أصل اثني عشر عالمًا في المقالة لدى هذه الشركة. وبصفتها شركة متخصصة في تكنولوجيا الأيونات المحاصرة، من المنطقي أن تبحث كوانتينيوم عن حالة يكون فيها عدد البتات الكمومية المنخفض في حواسيبها قادرًا على تنفيذ دراسة جدوى ذات صلة.

إذا تبين أن هذا صحيح، فقد يجعل الشركة مزودًا رئيسيًا لقدرة الحوسبة لصناعة الذكاء الاصطناعي، وربما تحاكي جزءًا على الأقل من قدرة شركة Nvidia. (NVDA -0.79٪) الإنجازات.

الاستثمار في الحوسبة الكمومية

هانيويل / كوانتينيوم

Quantinuum هي نتيجة اندماج Honeywell Quantum Solutions وCambridge Quantum.

تظل شركة هانيويل هي المساهم الأكبر في الشركة (من المرجح أن تصل ملكيتها إلى 52٪) بعد جولة لجمع التبرعات تقدر قيمتها بـ 5 مليارات دولاريُقال إن مؤسس الشركة، إلياس خان، يمتلك حوالي ٢٠٪ من أسهمها. ومن بين المساهمين الآخرين، شركة JSR Corporation، وميتسوي، وأمجين، وآي بي إم، وجيه بي مورغان.

طرح عام أولي محتمل لشركة Quantinuum في المستقبل، ربما كجزء من عملية إعادة هيكلة أكبر للشركة، وتقدر قيمتها بنحو 20 مليار دولار و قد يحدث بين عامي 2026 و2027.

لا تعد الحوسبة الكمومية الجزء المركزي من أعمال شركة هانيويل، بل إنها تركز بشكل أكبر على المنتجات في مجال الفضاء والأتمتة والمواد الكيميائية المتخصصة.

ومع ذلك، قد يستفيد كل من هذه المجالات من الحوسبة الكمومية، وخاصة الكيمياء الحسابية والأمن السيبراني الكمي، مما قد يمنح هانيويل ميزة على منافسيها.

النموذج الرئيسي للشركة في الوقت الحالي هو H2، وهي شريحة أيونات محاصرة تحتوي على 56 كيوبت، مع دقة بوابة كيوبتين بنسبة 99.895%.

لقد سعت الشركة إلى تحقيق حوسبة عالية الجودة مع القليل جدًا من الخطأ أكثر من إضافة أكبر عدد ممكن من البتات الكمومية، مما أدى إلى إنشاء ما يسمى "الحوسبة الكمومية المقاومة للأخطاء".

تُسمى هذه الطريقة من قبل الشركة "بتات كيوبية أفضل، نتائج أفضل"، حيث تحقق كمية مماثلة من البتات الكيوبية نتائج أكثر موثوقية بمقدار 100 إلى 1,000 مرة.

المصدر الكميات

من الممكن أن يحدث هذا فرقًا كبيرًا في التشفير المقاوم للكميات المطلوب بشكل عاجل، مع شركة الدفاع Thales (HO.PA -0.96٪) التعاون بالفعل مع الكميات وأيضا  البنك الدوليs HSBC و JP مورغان.

تقدم Quantinuum أيضًا كيمياء الحوسبة الكمومية الخاصة بها إنكوانتو، قابلة للاستخدام في التطبيقات الدوائية وعلوم المواد والمواد الكيميائية والطاقة والفضاء الجوي.

مثل العديد من شركات الحوسبة الكمومية الأخرى، تقدم Quantinuum Heliosأو المعلم  "الأجهزة كخدمة"مما يسمح للمستخدمين بالاستفادة من الحوسبة الكمومية دون الحاجة إلى التعامل مع تعقيد تشغيل النظام بأنفسهم.

وقعت شركة Quantinuum في نوفمبر 2024 شراكة مع شركة Infineon الألمانية، أكبر شركة مصنعة لأشباه الموصلات في أوروبا. ستقدم شركة Infineon تكنولوجيا الفوتونيات المتكاملة والإلكترونيات التحكمية للمساعدة في إنشاء الجيل القادم من أجهزة الكمبيوتر الكمومية ذات الأيونات المحاصرة.

مع اقتراب الفوتونيات المتكاملة من التطبيقات العملية، يتضح جليًا مدى أهمية هذه الشراكة لمستقبل شركة كوانتينيوم. في هذه المرحلة، يبدو أن الخطوة التالية للشركة ستكون إطلاق أول شريحة فوتونية-كمية في العالم مُركزة على الذكاء الاصطناعي.

في الأشهر المقبلة، ستشارك Quantinuum نتائج التعاون الجاري، مع تسليط الضوء على الإمكانات الرائدة للتقدم القائم على الكم في مجال الذكاء الاصطناعي التوليدي.

ستعمل قدرة Gen QAI المبتكرة على تعزيز وتسريع استخدام الأطر العضوية المعدنية لتوصيل الأدوية، مما يمهد الطريق لخيارات علاج أكثر كفاءة وشخصية، وسيتم الكشف عن التفاصيل عند إطلاق Helios.

أعلنت شركة Quantinuum عن تحقيق اختراق في مجال الذكاء الاصطناعي الكمي التوليدي مع إمكانات تجارية هائلة

ويعد الإعلان في هذا المنشور جزءًا من سلسلة من الأخبار المتعلقة بالتقدم السريع الذي أحرزته العلاقة بين الذكاء الاصطناعي والحوسبة الكمومية في Quantinuum.

إن المزيد من حالات الاستخدام المستمرة يمكن أن تعزز القيمة المستقبلية للشركة بشكل كبير، وبالتالي، فإن مجموعة هانيويل فيها والأرباح المحتملة التي يمكن للمستثمرين تحقيقها منها.

أحدث أخبار وتطورات أسهم هانيويل/كوانتنيوم (HON)

الدراسة المرجعية

^{1. يين، ز.، أجريستي، آي.، دي فيليس، جي. وآخرون. التعلم الآلي التجريبي المعزز بالكم القائم على النواة على المعالج الفوتوني. الضوئيات الطبيعة. (2025). https://doi.org/10.1038/s41566-025-01682-5}