هل تُبالغ في تقدير الكيوبتات الكمومية؟ جدال الفيزياء العقلانية

تُعد الحواسيب الكمومية من أكثر قطاعات الابتكار في مجال الحوسبة واعدةً وأكثرها إرباكًا. من ناحية، تعد الحواسيب الكمومية بأداء حسابات لا يمكن إجراؤها بأي طريقة أخرى، وتبدو أحيانًا وكأنها تكسر كل قاعدة وقيود الحواسيب العادية.

من ناحية أخرى، من الصعب جدًا بناؤها وتوسيع قدرتها الحاسوبية إلى مستويات مفيدة. ولا يزال هناك الكثير مما لا نفهمه حول الفيزياء الكمومية، مما يجعل مفهوم الحواسيب الكمومية عرضة لمفاجآت غير متوقعة. على سبيل المثال، لا تزال نظرية صحيحة للجاذبية الكمومية صعبة المنال منذ عقود، مما قد يشير إلى عيب عميق في فهمنا للميكانيكا الكمومية.

تم توضيح هذه الفكرة الأخيرة حول الحد الأساسي الناجم عن الفيزياء الكمومية نفسها مؤخرًا من قبل تيم بالمر، باحث في جامعة أكسفورد، المعروف بأعماله في نظرية الفوضى والمناخ.

يعتقد أن الخصائص الرياضية الأساسية للفضاء الكمومي قد تحد من قدرات الحواسيب الكمومية بطبيعتها، أكثر مما كان يُعتقد سابقًا.

نشر دراسته في المجلة العلمية المرموقة PNAS¹، تحت عنوان “الميكانيكا الكمومية العقلانية: اختبار نظرية الكم باستخدام الحواسيب الكمومية”.

فهم الضجة: كيف تعمل الحواسيب الكمومية؟

قبل مناقشة فكرة الأستاذ بالمر، قد يكون من المفيد فهم ما يجعل الحواسيب الكمومية مميزة.

الجزء الأساسي هو أنه بدلاً من البتات “المقطعة” ذات القيم 1 و0 كما في الحاسوب العادي، تُظهر الكيوبتات في الحواسيب الكمومية التراكب الكمومي والتشابك.

بعبارات مبسطة، يعني ذلك أن كل كيوبت يمكنه تخزين معلومات أكثر تعقيدًا في آن واحد، مما يسهل الحسابات التي تتضمن مصفوفات رياضية معقدة.

لذلك، بالنسبة لمجموعة بيانات معقدة تحتوي على قيم متعددة لكل نقطة بيانات، مثل قيم دوران الإلكترونات أو الذرات في رقاقة أو قطب بطارية، يمكن للحواسيب الكمومية التعامل مع التعقيد المتزايد، حيث يزيد كل كيوبت إضافي السعة بصورة أسية.

في المقابل، يضيف الحاسوب العادي قدرة جديدة واحدة في كل مرة، أي بتًا واحدًا، لذا يصبح الحساب الذي يزداد تعقيده بصورة أسية مع كل نقطة بيانات جديدة غير قابل للإدارة بسرعة، حيث يتضاعف التعقيد بسرعة ويطغى على قدرة حتى أقوى الحواسيب الفائقة العادية.

على الأقل هذه هي النظرية، المدعومة بالمفاهيم السائدة حول كيفية عمل الفيزياء الكمومية الكلاسيكية. لكن الأستاذ بالمر يجادل بأن هذا ليس هو الحال.

الميكانيكا الكمومية مقابل الفيزياء الكمومية العقلانية (RaQM)

ما هو فضاء هيلبرت؟ إطار القوة الكمومية

تُجمع المفاهيم “السائدة” للفيزياء الكمومية عادةً تحت مصطلح “الميكانيكا الكمومية” (QM) وتصف الظواهر المعقدة، وغالبًا ما تكون غير بديهية، التي تحدث على المستوى الكمومي.

عنصر أساسي ذو صلة بالحواسيب الكمومية هو فكرة فضاء هيلبرت. يوسّع هذا المفهوم الفضاء المألوف ثنائي أو ثلاثي الأبعاد إلى أي عدد من الأبعاد ويخلق الإطار الرياضي الذي تُبنى عليه معظم الفيزياء الكمومية.

“فضاء هيلبرت هو مفهوم رياضي في الهندسة الخطية يعرّف فضاءً لا نهائي الأبعاد. بعبارة أخرى، يأخذ المفاهيم الهندسية التي تقتصر على التعامل مع الفضاءين ثنائي وثلاثي الأبعاد ويوسّعها لتُستخدم مع عدد لا نهائي من الأبعاد.”

نظرًا لأنه أداة أساسية في الفيزياء الكمومية، نادرًا ما يُستجوب. وهو بالتأكيد فكرة “صحيحة” بشكل عام، حيث مكن ذلك من معظم تنبؤات الفيزياء الكمومية التي تم تأكيدها تجريبيًا.

“فضاءات هيلبرت حاسمة في مجالات مثل الميكانيكا الكمومية، حيث توفر الإطار الرياضي لفهم سلوك الجسيمات على المستويات الدقيقة. ويتضمن ذلك تطبيقات في حل معادلات معقدة مثل معادلة شرودنجر، التي تصف كيف تتطور الأنظمة الكمومية مع مرور الوقت.”

في تفسيره الكلاسيكي، يزداد عدد الأبعاد في فضاء هيلبرت بصورة أسية مع عدد الكيوبتات المستخدمة في الحاسوب الكمومي. يعتمد هذا التفسير بالكامل على طبيعة الاستمرارية لفضاء هيلبرت، وهي الفكرة التي يتحدىها الأستاذ بالمر.

الفيزياء الكمومية العقلانية: تحدي الاستمرارية

النظرية التي نشرها الفيزيائي من أكسفورد تتحدى فكرة أن فضاء هيلبرت يتصرف بهذه الطريقة، وتشير إلى صعوبة الحصول على نظرية للجاذبية الكمومية كدليل على أن هذا قد يكون صحيحًا. يطلق على نظريته “الميكانيكا الكمومية العقلانية” (RaQM).

“نقدم نظرية للفيزياء الكمومية تستند إلى فكرة أن طبيعة الاستمرارية لفضاء حالة الميكانيكا الكمومية تقرب شيئًا جوهريًا متقطّع، ونجادل بأن السبب وراء هذا التقطيع هو الجاذبية.”

الفكرة هي أن فضاء هيلبرت فعليًا متجزئ، لكن بمسافات صغيرة جدًا، حيث إن الجاذبية ضعيفة جدًا مقارنة بالقوى الفيزيائية الأساسية الأخرى. طوّر هذه الأفكار أكثر في ورقة علمية مرافقة² بعنوان “حل ألغاز الميكانيكا الكمومية: لماذا تكره الطبيعة الاستمرارية”.

دون الخوض في التفاصيل الرياضية، يُعتقد أن الحالة الكمومية تُعرّف فقط بالنسبة لبعض المتغيرات “العقلانية”. يؤدي ذلك إلى فهم مختلف قليلًا للأعداد المركبة مثل العدد التخييلي √(-1) أو ما يُسمى بالأرباعيات، مما يسمح بتفسير واقعي للحالة الكمومية في RaQM مقارنةً بـ QM.

أو كما يعبّر الأستاذ بالمر، نظريته تُزيل بعض المفارقات الشهيرة في الفيزياء الكمومية، مثل قط شرودنجر.

“في RaQM، لا تكون القطط حية وميتة في آن واحد بعد الآن.”

سقف الـ 1,000 كيوبت: تداعيات عملية للمستقبل

جزء أساسي من فرضية الحواسيب الكمومية فائقة القوة هو أن إضافة المزيد من الكيوبتات يضيف المزيد من “الأبعاد” للعمل على مسألة رياضية. يُستند هذا الافتراض إلى فكرة وجود “إمداد لا نهائي من سعة التخزين الجديدة” (الأبعاد) في فضاء هيلبرت مع إضافة المزيد من الكيوبتات إلى النظام.

لذلك، فإن فكرة الأستاذ بالمر ستحمل تداعيات جادة على الحواسيب الكمومية.

إذا كان هذا صحيحًا، فإن محتوى المعلومات في الحالة الكمومية ينمو خطيًا مع عدد الكيوبتات، وليس بصورة أسية كما كان يُعتقد سابقًا، مما يكسر أساسًا الفرضية الكبرى للحواسيب الكمومية.

“فوق عدد حاسم من الكيوبتات المتشابكة، ببساطة لا توجد معلومات كافية في الحالة الكمومية لتخصيص حتى بت واحد لكل بُعد من أبعاد فضاء هيلبرت. عندما يحدث ذلك، تتوقف الخوارزميات الكمومية التي تستغل كامل فضاء هيلبرت عن امتلاك ميزة كمومية على الخوارزميات الكلاسيكية.”

تقدّر الورقة أن هذا العتبة قد تُصل عندما تتجاوز الحواسيب الكمومية ما بين بضع مئات إلى 1,000 كيوبت مُصحّح للخطأ.

يجب الإشارة إلى أن هذا الرقم أقل بكثير من العتبة المتوقعة اللازمة لكسر مستويات مهمة من التشفير، على سبيل المثال، يلزم 4,099 كيوبت لكسر مفتاح RSA بطول 2048 بت باستخدام خوارزمية شور، وهي الخوارزمية الكمومية الأكثر احتمالًا أن تكون مفيدة للأغراض العملية.

إذا كان الأستاذ بالمر على حق، فقد يعني ذلك أن التشفير سيظل آمنًا إلى الأبد من الحواسيب الكمومية كما نفهمها اليوم.

مع اقتراب العديد من نماذج الحواسيب الكمومية من هذا الحد، سواءً بشكل منفرد أو من خلال الشبكات، سنعرف قريبًا ما إذا كانت هذه الفكرة صحيحة.

“‘لقد واجهت الميكانيكا الكمومية جميع التحديات التجريبية التي طُرحت عليها، وبالتالي، في الورقة، أقترح تجربة يمكن إجراؤها خلال بضع سنوات – إذا كان المرء يصدق خرائط طريق التكنولوجيا الكمومية – لاختبار RaQM مقابل QM.’”

قد يكون للمفهوم أيضًا تداعيات كبيرة على الفيزياء الكمومية إذا ثبت صحته، تتجاوز مجرد الحد من إمكانات الحواسيب الكمومية. وهذا بحد ذاته قد يجعل الحواسيب الكمومية ذات أهمية كبيرة، حتى وإن كانت تطبيقاتها العملية أكثر محدودية مما كان مأمولًا سابقًا.

“إذا وفرت الحواسيب الكمومية التجارب ليس فقط لإيجاد نظرية خلفية للميكانيكا الكمومية، بل والأهم لإيجاد النظرية التي تجمع بين الفيزياء الكمومية والجاذبية، فسيكون ذلك بلا شك نتيجة ممتازة للغاية لكل الجهود التي بُذلت في مجال الحوسبة الكمومية على مر السنين.”

استنتاجات استثمارية استراتيجية: إدارة مخاطر الكم

هذا المفهوم الجديد بعيد كل البعد عن الإثبات، وهو في الواقع انحراف جذري عن إجماع الفيزيائيين حول الميكانيكا الكمومية. لذا فهو، في الوقت الحالي، مجرد نظرية مثيرة للاهتمام لكنها غير مثبتة وتوجد فقط في الرياضيات النظرية.

ومع ذلك، يجب أن يوليه المستثمرون في أسهم الحوسبة الكمومية اهتمامًا، حيث يذكرنا بأن الفيزياء الكمومية لا تزال غير مفهومة بالكامل، وتحتوي على إمكانات لإمكانيات جديدة ومفاجئة وكذلك حدود في تطبيقاتها العملية.

عنصر آخر هو أنه إذا كان التشفير آمنًا دائمًا من الحواسيب الكمومية، فإن البيتكوين كذلك، الذي عانى مؤخرًا من السردية القائلة بأن يُكسر قريبًا بسبب تقدم الحوسبة الكمومية، وهو موضوع تناولناه أيضًا في “تدقيق الاستثمار ما بعد الكم: أفضل 10 أسهم لعام 2026”.

لذا قد يكون من المنطقي موازنة المخاطر الاثنين ضد بعضهما:

• إذا وصلت الحواسيب الكمومية إلى عتبة قصوى تزيد عن 1,000 كيوبت، يكون البيتكوين آمنًا، وتزول السردية التي دفعت سعر البيتكوين إلى الانخفاض.
• إذا كان الأستاذ بالمر مخطئًا، قد تشكل الحواسيب الكمومية تهديدًا فعليًا لجزء البيتكوين في المحفظة، لكنها ستتمكن أيضًا من تنفيذ معجزة حسابية يصعب تخيلها في كل من التشفير وفهم أعمق للعالم المادي.

لذلك، من المحتمل أن يخفف محفظة تجمع بين أسهم الحوسبة الكمومية والعملات المشفرة من كلا الاحتمالين.

للاستثمار في الحوسبة الكمومية، يمكنك الاطلاع على تقريرنا الاستثماري عن Honeywell وشركتها الفرعية في الحوسبة الكمومية، Quantinuum، أو مقالتنا “أفضل 5 شركات حوسبة كمومية لعام 2025”.

المراجع:

<sup>1. Tim Palmer. الميكانيكا الكمومية العقلانية: اختبار نظرية الكم باستخدام الحواسيب الكمومية. PNAS. 123 (12) e2523350123. مارس 16, 2026. https://doi.org/10.1073/pnas.2523350123
2. Tim Palmer. حل ألغاز الميكانيكا الكمومية: لماذا تكره الطبيعة الاستمرارية.Proceedings of the Royal Society. فبراير 18, 2026. https://arxiv.org/abs/2602.16382</sup>