هل تمتلك الحوسبة الكمومية أول حالة استخدام واقعية؟

الكم، الذكاء الاصطناعي والفوتونيات: ثورة حوسبة جديدة

تشهد تقنيات الحوسبة والمعلومات عدة ثورات تكنولوجية في آن واحد: صعود الذكاء الاصطناعي، ظهور الحوسبة الكمومية، والاتجاه نحو الفوتونيات لتجاوز قيود الحوسبة التقليدية القائمة على السيليكون.
حتى الآن، عمل كل من هذه القطاعات الجديدة في عزلة إلى حد كبير: يتم تدريب الذكاء الاصطناعي والحوسبة على شرائح سيليكون تقليدية، وتسعى الحوسبة الكمومية إلى تحسين تقنيتها حتى تجد تطبيقًا عمليًا، ولا تزال تكنولوجيا الفوتونيات تجري تجارب على التصاميم والتطبيقات.
ربما ليس من المستغرب أن دمج هذه المجالات معًا قد يولد إمكانيات جديدة. يبدو أن الحوسبة الكمومية قد وجدت للتو حالة استخدام عملية، ولا تحتاج حتى إلى تحسين إضافي لتكون مفيدة.
اكتشف باحثون في مركز فيينا للعلوم والتقنية الكمومية (VCQ) (النمسا)، ومعهد بوليتكنيكو دي ميلانو (إيطاليا)، والمجلس الوطني للبحوث (IFN-CNR) (إيطاليا)، وشركة Quantinuum (المملكة المتحدة) أن الحواسيب الكمومية الحالية يمكنها التفوق على الحواسيب التقليدية في تدريب الذكاء الاصطناعي باستخدام معالج فوتوني.
نشروا نتائجهم في Nature Photonics¹، تحت العنوان “Experimental quantum-enhanced kernel-based machine learning on a photonic processor”.

لماذا يواجه تدريب الذكاء الاصطناعي والحوسبة الكمومية حدودًا

ارتفاع تكاليف تدريب الذكاء الاصطناعي ومتطلبات الطاقة

مؤخرًا، حققت تقنية الذكاء الاصطناعي تقدمًا هائلًا. ومع ذلك، تم تحقيق ذلك فقط من خلال استخدام كميات هائلة من طاقة الحوسبة، مستهلكة عشرات مليارات الدولارات في الشرائح والكهرباء.
بالطبع، يمكن تحقيق بعض التقدم في الكفاءة، كما يظهر من خلال DeepSeek AI المدربة بتكلفة منخفضة جدًا في كل من الحوسبة والمال، متفوقة على منافسيها الغربيين بفرق كبير. لكن في النهاية، ستظل تحسينات البرمجيات محدودة في جعل تدريب الذكاء الاصطناعي أقل استهلاكًا للكمية والطاقة.

تحديات قابلية التوسع والضوضاء في الحوسبة الكمومية

في الوقت نفسه، تُعد الحوسبة الكمومية تقنية واعدة، لكنها حتى الآن تعاني من عيب قاتل. الحالة الهشة للغاية للمادة التي يجب الحفاظ عليها لعمل الحوسبة الكمومية تجعلها مكلفة وغير قابلة للتوسع بشكل كبير.
كما يعني ذلك أن النتائج المستخلصة تكون ‘مزعجة’، مع أخطاء متكررة وتأخيرات ونتائج غير موثوقة.
هنا أيضًا، قد تعني الابتكارات أن إما شبكة من الحواسيب الكمومية الصغيرة أو تصميم معماري جديد للأجهزة، يستخدم حالة مادة جديدة تسمى التوبوكندكتور، مما يسمح بالقابلية للتوسع، قد يحلان المشكلة.
حتى يتم تأكيد ذلك، لا يزال هذا يضع موثوقية الحوسبة الكمومية موضع تساؤل، فهي تقنية لا تزال تبحث عن حالة استخدام عملية منطقية من الناحية الاقتصادية.

طرق النواة المعززة بالكم للذكاء الاصطناعي

كيف تضيف نوى الكم قدرة أبعادية لتعلم الآلة

تُعد طرق النواة أدوات شائعة الاستخدام في تعلم الآلة، وتستخدم طريقة رياضية لإضافة أبعاد إلى مجموعة البيانات لتحسين التعرف على الأنماط المخفية.

هذا، بطبيعة الحال، ينطوي على رياضيات معقدة للغاية، والتي ستكون مفهومة في الغالب فقط لمجموعة محدودة من المتخصصين العاملين بالفعل في هذا المجال. يمكنك مشاهدة تمثيل بصري لكيفية عملها في هذا الفيديو:
https://www.youtube.com/watch?v=Q7vT0–5VII
ويمكن أن تكون مثل هذه الحسابات المعقدة مناسبة تمامًا للقدرات الفريدة للحواسيب الكمومية.

معالجات الفوتونيات تلتقي بنوى الكم للذكاء الاصطناعي

اُستخدم معالج فوتوني متكامل، تم إنشاؤه عبر كتابة ليزرية بفيمتوثانية على ركيزة من الزجاج البوروسيليكات، في هذه التجربة لتشفير البيانات إلى حالة يمكن للحاسوب الكمومي معالجتها.

بهذه الطريقة، تم استخدام نوى تُظهر تداخلًا كموميًا في الحساب ومقارنتها بالطرق التقليدية.

النتائج التجريبية: النوى الكمومية مقابل النوى التقليدية

اختبر العلماء أربعة أحجام مختلفة من مجموعات البيانات، تتراوح بين 40 إلى 100 نقطة بيانات، حيث تم مقارنة النواة الكمومية (باللون الأزرق) بالنواة التقليدية (باللون البرتقالي).

في كلتا التجربتين، أدت النواة الكمومية أداءً أفضل من النواة التقليدية.

“وجدنا أنه بالنسبة للمهام المحددة، يرتكب خوارزمنا أخطاء أقل من نظيره التقليدي.”
فيليب والثر – أستاذ في جامعة فيينا.

الخطوات التالية نحو تدريب الذكاء الاصطناعي الكمومي في العالم الواقعي

الانتقال من العرض التجريبي إلى الإنتاج: تدريب الذكاء الاصطناعي الكمومي

أظهرت هذه التجربة أن الحواسيب الكمومية، الموجودة اليوم، يمكنها التفوق على الحواسيب التقليدية في المهام المستخدمة عادةً في تدريب الشبكات العصبية.
هذا أمر مهم لأنَّه حتى الآن كان يُفترض أن حاسوبًا كموميًا أكثر موثوقية هو الوحيد القادر على استخدام هذا النوع من التطبيقات. الآن، بعد أن ثبت تجريبيًا أن ذلك غير صحيح، ستكون الخطوة التالية إجراء تشغيل محدود لتدريب الذكاء الاصطناعي في الحياة الواقعية باستخدام هذه التقنية.
لهذا، يمكن تصميم خوارزميات جديدة مستوحاة من الهندسات الكمومية، لتحقيق أداء أفضل.

“هذا يعني أن الحواسيب الكمومية الحالية يمكنها إظهار أداء جيد دون الحاجة بالضرورة إلى تجاوز تقنية القمة الحالية”
زينغهاو يين – طالب دكتوراه في جامعة فيينا.

كيف تقلل الفوتونيات الكمومية من استهلاك الطاقة في الذكاء الاصطناعي

يمكن لمنصات الفوتونيات تحقيق نفس أو أفضل مخرجات الحوسبة مع استهلاك طاقة أقل بكثير. ومع تزايد أهمية الطاقة كعنق زجاجة في صناعة الذكاء الاصطناعي، أكثر من سعة الحوسبة أو الابتكارات، قد يجعل هذا استخدام اكتشاف الحواسيب الكمومية الفوتونية أمرًا مهمًا بشكل خاص.

“قد يكون هذا حاسمًا في المستقبل، نظرًا لأن خوارزميات تعلم الآلة تصبح غير قابلة للتنفيذ بسبب الطلب العالي جدًا على الطاقة”.
إيريس أغريستي – طالبة دكتوراه في جامعة فيينا.

 الأيون المحبوس مقابل التقنية الكمومية الفائقة التوصيل: ما التالي؟

قد يكون لذلك عواقب مهمة على اتجاه صناعة الحوسبة الكمومية.
حتى الآن، انقسم المجال بين تقنية الأيون المحبوس، التي تتمتع بموثوقية عالية ولكن سعة حوسبة كمومية منخفضة (عدد الكيوبت) لكل جهاز، مقابل التصاميم الأكثر تعقيدًا التي تعتمد على الفائقة التوصيل، والتي لا تزال صاخبة جدًا، ولكن من المرجح أن تكون قابلة للتوسع إلى حجم كبير من الكيوبتات في النهاية.
تم إنتاج البحث في شراكة وثيقة جدًا مع Quantinuum، حيث يعمل 4 من أصل 12 عالمًا في المقالة في هذه الشركة. وباعتبارها متخصصة في تقنية الأيون المحبوس، من المنطقي أن تبحث Quantinuum عن حالة يمكن فيها للعدد القليل من الكيوبتات في حواسيبها أن يؤدي بالفعل إلى حالة عمل ذات صلة.
إذا ثبت صحة ذلك، قد تجعل الشركة مزودًا رئيسيًا لسعة الحوسبة لصناعة الذكاء الاصطناعي، ربما تحاكي على الأقل جزءًا من إنجازات Nvidia’s (NVDA ) .

الاستثمار في الحوسبة الكمومية

Honeywell / Quantinuum

Quantinuum هي نتيجة دمج Honeywell Quantum Solutions و Cambridge Quantum.
تظل Honeywell المساهم الرئيسي في الشركة (من المحتمل 52% من الملكية) بعد جولة تمويل قيمتها 5 مليارات دولار. يُذكر أن المؤسس إيلياس خان يمتلك حوالي 20% من الشركة. تشمل المساهمين الآخرين JSR Corporation، ميتسوي، أمجن، آي بي إم، وجي بي مورغان.
من المحتمل أن يتم طرح أسهم Quantinuum للاكتتاب العام في المستقبل، ربما كجزء من إعادة هيكلة مؤسسية أكبر، يُقدر أن تبلغ قيمتها ما يصل إلى 20 مليار دولار و قد يحدث بين 2026 إلى 2027.
الحوسبة الكمومية ليست الجزء المركزي في أعمال Honeywell، حيث تتركز أكثر حول منتجات في مجال الطيران، الأتمتة، والكيماويات المتخصصة والمواد.
قد تستفيد كل من هذه المجالات، مع ذلك، من الحوسبة الكمومية، خاصةً الكيمياء الحاسوبية والأمن السيبراني الكمومي، مما قد يمنح Honeywell ميزة على منافسيها.
النموذج الرئيسي للشركة حاليًا هو H2، شريحة أيون محبوس بـ 56 كيوبت، مع دقة بوابة ثنائية الكيوبت بنسبة 99.895%.
https://www.youtube.com/watch?v=mnGtlDb5qHs
سعت الشركة إلى حوسبة عالية الجودة مع أخطاء قليلة جدًا بدلاً من مجرد إضافة أكبر عدد ممكن من الكيوبتات، مما أدى إلى ما يُسمى “الحوسبة الكمومية المتسامحة مع الأخطاء”.
تُصنّف الشركة هذا النهج بـ “كيوبت أفضل، نتائج أفضل”، حيث يحقق عدد مماثل من الكيوبتات نتائج أكثر موثوقية بمقدار 100 إلى 1,000 مرة.

قد يُحدث هذا فرقًا ملحوظًا في مجال التشفير المقاوم للكم، الذي يحتاجه العالم ب urgency، مع شركة الدفاع Thales (HO.PA -0.96%) تتعاون بالفعل مع Quantinuum وكذلك البنك الدوليs HSBC و JP Morgan.
كما تقدم Quantinuum كيمياءها الحاسوبية الكمومية المملوكة لها InQuanto، القابلة للاستخدام في الصناعات الصيدلانية، علوم المواد، الكيماويات، الطاقة، وتطبيقات الفضاء.
مثل العديد من شركات الحوسبة الكمومية الأخرى، Quantinuum تقدم Helios, خدمة “الأجهزة كخدمة”، مما يسمح للمستخدمين بالاستفادة من الحوسبة الكمومية دون الحاجة إلى التعامل مع تعقيد تشغيل النظام بأنفسهم.
وقعت Quantinuum في نوفمبر 2024 شراكة مع شركة Infineon الألمانية، أكبر شركة تصنيع أشباه الموصلات في أوروبا. ستجلب Infineon تقنيتها في الفوتونيات المتكاملة والإلكترونيات التحكمية للمساعدة في إنشاء الجيل التالي من حواسيب الأيون المحبوس الكمومية.
مع اقتراب الفوتونيات المتكاملة من حالات الاستخدام العملية، يصبح واضحًا الآن مدى أهمية هذه الشراكة لمستقبل Quantinuum. في هذه المرحلة، يبدو أن الخطوة التالية للشركة ستكون إطلاق أول شريحة فوتونية-كمومية مخصصة للذكاء الاصطناعي في العالم.

في الأشهر القليلة القادمة، ستشارك Quantinuum نتائج التعاونات المستمرة، مظهرة الإمكانات الرائدة للتطورات المدفوعة بالكم في الذكاء الاصطناعي التوليدي.

ستعزز القدرة المبتكرة Gen QAI وتسرّع استخدام الأطر العضوية المعدنية لتوصيل الأدوية، ممهدة الطريق لخيارات علاجية أكثر كفاءة وتخصيصًا، مع تفاصيل ستُكشف عند إطلاق Helios.

Quantinuum تعلن عن اختراق في الذكاء الاصطناعي الكمومي التوليدي مع إمكانات تجارية هائلة

الإعلان في هذه النشرة هو جزء من سلسلة من الأخبار المتعلقة بالتقدم السريع للاتصال بين الذكاء الاصطناعي والحوسبة الكمومية التي تم إجراؤها في Quantinuum.
https://www.youtube.com/watch?v=dW4bQSQW9is
يمكن لحالات الاستخدام المستمرة أن تعزز بشكل كبير قيمة الشركة في المستقبل، وبالتالي، حصة Honeywell فيها وربما الأرباح المحتملة التي يمكن للمستثمرين تحقيقها.

أحدث أخبار وتطورات أسهم Honeywell / Quantinuum (HON)

الدراسة المشار إليها

^{1. Yin, Z., Agresti, I., de Felice, G. et al. Experimental quantum-enhanced kernel-based machine learning on a photonic processor. Nature Photonics. (2025). https://doi.org/10.1038/s41566-025-01682-5} (AMGN )