هل تُبالغ الفيزياء في تقدير الكيوبتات الكمومية؟ نقاش الفيزياء العقلانية

تُعدّ الحواسيب الكمومية أكثر قطاعات الابتكار في مجال الحوسبة واعدةً وأكثرها إثارةً للحيرة. فمن جهة، تعد الحواسيب الكمومية بإجراء حساباتٍ كانت مستحيلةً تمامًا لولاها، ويبدو أنها في بعض الأحيان تتحدى جميع قواعد وقيود الحواسيب التقليدية.

من جهة أخرى، يُعدّ بناء هذه الحواسيب وتوسيع قدرتها الحاسوبية إلى مستويات مفيدة أمرًا بالغ الصعوبة. ولا يزال هناك الكثير مما نجهله عن فيزياء الكم، مما يجعل مفهوم الحواسيب الكمومية عرضةً لمفاجآت غير متوقعة. فعلى سبيل المثال، ظلت نظرية الجاذبية الكمومية الصحيحة بعيدة المنال لعقود، مما قد يشير إلى خلل جوهري في فهمنا لميكانيكا الكم.

وقد تم مؤخراً توسيع هذه الفكرة الأخيرة المتعلقة بالقيود الأساسية من الفيزياء الكمية نفسها من قبل تيم بالمر، وهو باحث في جامعة أكسفورد، ويشتهر بعمله في نظرية الفوضى والمناخ.

وهو يعتقد أن الخصائص الرياضية الأساسية للفضاء الكمومي قد تحد بطبيعتها من القدرات الفعلية لأجهزة الكمبيوتر الكمومية، أكثر بكثير مما كان يُعتقد سابقاً.

نشر دراسته في المجلة العلمية المرموقة PNAS¹، تحت عنوان "ميكانيكا الكم العقلانية: اختبار نظرية الكم باستخدام الحواسيب الكمومية".

فهم الضجة الإعلامية: كيف تعمل أجهزة الكمبيوتر الكمومية؟

قبل مناقشة فكرة البروفيسور بالمر، قد يكون من المفيد فهم ما يجعل أجهزة الكمبيوتر الكمومية مميزة.

الجزء الرئيسي هو أنه بدلاً من البتات "المنفصلة" ذات القيم 1 و 0 مثل الكمبيوتر العادي، فإن الكيوبتات في أجهزة الكمبيوتر الكمومية تعرض التراكب الكمومي والتشابك.

وبعبارة مبسطة، هذا يعني أن كل كيوبت يمكنه بطبيعته تخزين معلومات أكثر تعقيدًا في وقت واحد، مما يجعل العمليات الحسابية باستخدام المصفوفات الرياضية المعقدة أسهل.

لذلك بالنسبة لمجموعة بيانات معقدة تحتوي على العديد من القيم المحتملة لكل نقطة بيانات، مثل قيم دوران الإلكترونات أو الذرات في شريحة أو قطب بطارية، يمكن لأجهزة الكمبيوتر الكمومية التعامل مع التعقيد المتزايد، حيث يؤدي كل كيوبت مضاف إلى زيادة السعة بشكل كبير.

في المقابل، لا يضيف الحاسوب العادي سوى سعة جديدة واحدة في كل مرة، بت جديد واحد في كل مرة، لذا فإن الحساب الذي يصبح أكثر تعقيدًا بشكل كبير في كل مرة تتم إضافة نقطة بيانات جديدة يصبح غير قابل للإدارة بسرعة، حيث أن التعقيد المتضاعف بسرعة يطغى على قدرة حتى أفضل الحواسيب العملاقة العادية.

هذا على الأقل ما تنص عليه النظرية، المدعومة بالمفاهيم السائدة حول كيفية عمل الفيزياء الكمية الكلاسيكية. لكن البروفيسور بالمر يجادل بأن هذا ليس هو الحال.

ميكانيكا الكم مقابل فيزياء الكم العقلانية (RaQM)

ما هو فضاء هيلبرت؟ إطار عمل القوة الكمومية

تُصنف المفاهيم "الرئيسية" للفيزياء الكمومية عمومًا تحت مصطلح "ميكانيكا الكم" (QM) وتصف الظواهر المعقدة، والتي غالبًا ما تكون غير بديهية، والتي تحدث على المستوى الكمومي.

يُعدّ مفهوم الحوسبة الكمومية عنصرًا أساسيًا ذا صلة بـ فضاء هيلبرت. هذا المفهوم يوسع الفضاء المألوف ثنائي الأبعاد أو ثلاثي الأبعاد إلى أي عدد من الأبعاد ويخلق الإطار الرياضي الذي تُبنى عليه معظم فيزياء الكم.

"فضاء هيلبرت هو مفهوم رياضي في الهندسة الخطية يُعرّف فضاءً لا نهائي الأبعاد. بعبارة أخرى، يأخذ المفاهيم الهندسية التي تقتصر على التعامل مع الفضاءات ثنائية وثلاثية الأبعاد ويوسعها بحيث يمكن استخدامها مع عدد لا نهائي من الأبعاد."

ولأنها أداة أساسية في فيزياء الكم، فنادراً ما تُشكك فيها. وهي بالتأكيد فكرة "صحيحة" بشكل عام، إذ أنها مكّنت من تحقيق معظم تنبؤات فيزياء الكم التي تم تأكيدها تجريبياً.

"تعتبر فضاءات هيلبرت أساسية في مجالات مثل ميكانيكا الكم، حيث توفر الإطار الرياضي لفهم سلوك الجسيمات على المقاييس المجهرية. ويشمل ذلك تطبيقات في حل المعادلات المعقدة مثل معادلة شرودنغر، التي تصف كيفية تطور الأنظمة الكمومية بمرور الوقت."

في تفسيرها الكلاسيكي، يزداد عدد أبعاد فضاء هيلبرت أُسّيًا مع عدد الكيوبتات المستخدمة في الحاسوب الكمومي. ويعتمد هذا التفسير كليًا على الطبيعة المتصلة لفضاء هيلبرت، وهي الفكرة التي يتحدى البروفيسور بالمر هذه النظرية.

الفيزياء الكمية العقلانية: تحدي الاستمرارية

تُشكك النظرية التي نشرها عالم الفيزياء بجامعة أكسفورد في أن فضاء هيلبرت يتصرف فعلاً بهذه الطريقة، وتشير إلى صعوبة تحديد الجاذبية الكمومية كدليل على أن هذا قد يكون هو الحال. ويُطلق على نظريته اسم "ميكانيكا الكم العقلانية" (RaQM).

"نقدم نظرية في الفيزياء الكمومية تستند إلى فكرة أن الطبيعة المتصلة لمساحة حالة ميكانيكا الكم تقارب شيئًا منفصلًا بطبيعته، ونجادل بأن سبب هذا الانفصال هو الجاذبية."

الفكرة هي أن فضاء هيلبرت حبيبي بالفعل، لكن بمساحات صغيرة للغاية، لأن الجاذبية ضعيفة جدًا مقارنة بالقوى الفيزيائية الأساسية الأخرى. وقد طور هذه الأفكار بشكل أكبر في ورقة علمية مصاحبة.² تحت عنوان "حل ألغاز ميكانيكا الكم: لماذا تنفر الطبيعة من الاستمرارية؟".

دون الخوض في التفاصيل الرياضية، يُعتبر أن الحالة الكمومية تُعرَّف فقط بالنسبة لبعض الكميات القابلة للرصد "النسبية". وهذا يُفضي إلى فهم مختلف قليلاً للأعداد المركبة، مثل العدد التخيلي √(-1) أو ما يُسمى بالأعداد الرباعية، مما يسمح بتفسير واقعي للحالة الكمومية في ميكانيكا الكم النسبية (RaQM) مقارنةً بميكانيكا الكم (QM).

أو كما يقول البروفيسور بالمر، فإن نظريته تزيل بعض المفارقات الشهيرة في الفيزياء الكمية، مثل قطة شرودنغر.

"في عالم RaQM، لم تعد القطط حية وميتة في آن واحد."

سقف الألف كيوبت: الآثار العملية للمستقبل

يُعدّ إضافة المزيد من الكيوبتات جزءًا أساسيًا من فرضية الحواسيب الكمومية فائقة القوة، إذ تُضيف هذه الإضافة المزيد من "الأبعاد" اللازمة لحلّ المسائل الرياضية. ويستند هذا الافتراض إلى فكرة "الإمداد اللانهائي من مساحة تخزين البيانات الجديدة" (الأبعاد) في فضاء هيلبرت، وذلك مع إضافة المزيد من الكيوبتات إلى النظام.

وبالتالي، فإن فكرة البروفيسور بالمر سيكون لها آثار خطيرة على أجهزة الكمبيوتر الكمومية.

إذا كان هذا صحيحًا، فإن محتوى المعلومات في الحالة الكمومية ينمو خطيًا مع عدد الكيوبتات، وليس بشكل أسي كما كان يُعتقد سابقًا، مما يكسر بشكل أساسي الفرضية الأكبر لأجهزة الكمبيوتر الكمومية.

"عند تجاوز عدد حرج من الكيوبتات المتشابكة، لا توجد معلومات كافية في الحالة الكمومية لتخصيص بت واحد من المعلومات لكل بُعد من أبعاد فضاء هيلبرت. وعند حدوث ذلك، ستفقد الخوارزميات الكمومية التي تستخدم فضاء هيلبرت بأكمله ميزتها الكمومية على الخوارزميات الكلاسيكية."

تشير الورقة البحثية إلى أنه يمكن الوصول إلى هذا الحد بمجرد أن تتجاوز أجهزة الكمبيوتر الكمومية ما يقرب من بضع مئات إلى 1,000 كيوبت مصححة للأخطاء.

تجدر الإشارة إلى أن هذا أقل بكثير من الحد الأدنى المتوقع المطلوب لكسر مستويات التشفير المهمة، حيث يلزم، على سبيل المثال، 4,099 كيوبت لكسر مفتاح RSA بطول 2048 بت باستخدام خوارزمية شوور، الخوارزمية الكمومية هي الأكثر احتمالاً أن تكون مفيدة للأغراض العملية.

إذا كان البروفيسور بالمر محقًا، فقد يعني هذا أن التشفير سيظل دائمًا آمنًا من أجهزة الكمبيوتر الكمومية كما نفهمها اليوم.

مع اقتراب العديد من نماذج الحواسيب الكمومية من هذا الحد، سواء بمفردها أو من خلال التواصلسنعرف على الأرجح قريباً ما إذا كانت هذه الفكرة صحيحة.

"لقد واجهت ميكانيكا الكم جميع التحديات التجريبية التي واجهتها، ولذلك، أقترح في هذه الورقة تجربة يمكن إجراؤها في غضون بضع سنوات - إذا صدقنا خرائط طريق تكنولوجيا الكم - لاختبار RaQM مقابل ميكانيكا الكم."

قد يكون لهذا المفهوم، في حال ثبوت صحته، تداعياتٌ بالغة الأهمية على الفيزياء الكمومية، تتجاوز بكثير مجرد الحد من إمكانيات الحواسيب الكمومية. وهذا بحد ذاته قد يجعل الحواسيب الكمومية بالغة الأهمية، حتى وإن كانت تطبيقاتها العملية محدودة أكثر مما كان مأمولاً سابقاً.

"إذا وفرت أجهزة الكمبيوتر الكمومية التجارب ليس فقط لإيجاد نظرية خلف لميكانيكا الكم، ولكن الأهم من ذلك هو إيجاد النظرية التي تجمع بين فيزياء الكم والجاذبية، فسيكون ذلك بالتأكيد نتيجة جيدة للغاية لكل العمل الذي تم بذله في مجال الحوسبة الكمومية على مر السنين."

أهم النقاط الاستراتيجية للاستثمار: إدارة المخاطر الكمومية

هذا المفهوم الجديد بعيد كل البعد عن الإثبات، وهو في الواقع خروج جذري عن إجماع الفيزيائيين حول ميكانيكا الكم. لذا، فهو في الوقت الراهن مجرد نظرية مثيرة للاهتمام، ولكنها غير مثبتة، ولا وجود لها إلا في الرياضيات النظرية.

ومع ذلك، ينبغي على المستثمرين في أسهم الحوسبة الكمومية الانتباه إلى ذلك، لأنه يذكرنا بأن الفيزياء الكمومية لا تزال غير مفهومة تمامًا حتى الآن، وتحمل إمكانات وحدودًا جديدة ومدهشة في تطبيقاتها العملية.

وثمة عنصر آخر يتمثل في أنه إذا كان التشفير آمناً بشكل دائم من الحواسيب الكمومية، فإن البيتكوين كذلك، الذي عانى مؤخراً من سردية سرعان ما يتم "كسرها" بفعل التقدم في الحوسبة الكموميةوهو موضوع تناولناه أيضًا في "مراجعة الاستثمار في مرحلة ما بعد الكم: أفضل 10 أسهم لعام 2026".

لذا قد يكون من المنطقي موازنة كلا الخطرين مع بعضهما البعض:

• إذا وصلت أجهزة الكمبيوتر الكمومية إلى الحد الأقصى البالغ 1,000+ كيوبت، فإن البيتكوين سيكون آمناً، وستختفي الرواية التي دفعت سعر البيتكوين إلى الانخفاض.
• إذا كان البروفيسور بالمر مخطئًا، فقد تهدد أجهزة الكمبيوتر الكمومية بالفعل جزء البيتكوين من المحفظة الاستثمارية، لكنها ستكون قادرة أيضًا على أداء عملية حسابية مذهلة يصعب تخيلها في كل من التشفير وفهم أعمق للعالم المادي.

لذا فإن محفظة استثمارية تجمع بين أسهم الحوسبة الكمومية والعملات المشفرة ستكون على الأرجح أفضل وسيلة للتخفيف من كلا الاحتمالين.

للاستثمار في الحوسبة الكمومية، يمكنك استشارة تقريرنا الاستثماري عن شركة هانيويل وشركتها التابعة المتخصصة في الحوسبة الكمومية، الكمياتأو مقالنا "أفضل 5 شركات للحوسبة الكمومية لعام 2025".

المراجع:

^{1تيم بالمر. ميكانيكا الكم العقلانية: اختبار نظرية الكم باستخدام الحواسيب الكمومية. PNAS. 123 (12) e2523350123. 16 مارس 2026. https://doi.org/10.1073/pnas.2523350123
2تيم بالمر. حل ألغاز ميكانيكا الكم: لماذا تكره الطبيعة الاستمرارية. وقائع الجمعية الملكية. فبراير شنومكس، شنومكس. https://arxiv.org/abs/2602.16382}