الحوسبة
هل يتم المبالغة في تقدير كيوبتات الكم؟ النقاش الفيزيائي العقلاني
تُعد أجهزة الكمبيوتر الكمومية أكثر قطاعات الابتكار في الحوسبة إثارةً للوعود وأكثرها إرباكًا في الوقت ذاته. فمن ناحية، تعد أجهزة الكمبيوتر الكمومية بإجراء حسابات ستكون مستحيلة تمامًا بخلاف ذلك، ويبدو أحيانًا أنها تكسر كل قاعدة وحدّ لأجهزة الكمبيوتر العادية.
ومن ناحية أخرى، فإن بناءها وتوسيع نطاق قدرتها الحاسوبية إلى مستويات مفيدة أمر في غاية الصعوبة. ولا يزال هناك الكثير مما لا نفهمه عن الفيزياء الكمومية، مما يجعل مفهوم أجهزة الكمبيوتر الكمومية عرضة لمفاجآت غير متوقعة. على سبيل المثال، ظلت نظرية صحيحة للجاذبية الكمومية بعيدة المنال لعقود، مما قد يشير إلى خلل عميق في فهمنا لميكانيكا الكم.
تم مؤخرًا توضيح فكرة القيد الأساسي هذه النابعة من الفيزياء الكمومية نفسها بشكل أكبر من قبل تيم بالمر، الباحث في جامعة أكسفورد، المعروف بعمله في نظرية الفوضى والمناخ.
فهو يعتقد أن الخصائص الرياضية الأساسية للفضاء الكمومي قد تحدّ بطبيعتها من القدرات الفعلية لأجهزة الكمبيوتر الكمومية، بأكثر بكثير مما كان يُعتقد سابقًا.
وقد نشر دراسته في المجلة العلمية المرموقة PNAS1، تحت عنوان “Rational quantum mechanics: Testing quantum theory with quantum computers“.
فهم الضجة: كيف تعمل أجهزة الكمبيوتر الكمومية؟
قبل مناقشة فكرة البروفيسور بالمر، قد يكون من المفيد فهم ما الذي يجعل أجهزة الكمبيوتر الكمومية خاصة.
الجزء الرئيسي هو أنه بدلاً من البتات “المتقطعة” ذات القيم 1 و 0 كما في الكمبيوتر العادي، فإن كيوبتات أجهزة الكمبيوتر الكمومية تُظهر التراكب الكمومي والتشابك.
بعبارات مبسطة، هذا يعني أن كل كيوبت يمكنه بطبيعته تخزين معلومات أكثر تعقيدًا في وقت واحد، مما يجعل الحسابات باستخدام المصفوفات الرياضية المعقدة أسهل.
لذا بالنسبة لمجموعة بيانات معقدة تحتوي على العديد من القيم المحتملة لكل نقطة بيانات، مثل قيم الغزل للإلكترونات أو الذرات في شريحة أو قطب بطارية، يمكن لأجهزة الكمبيوتر الكمومية التعامل مع التعقيد المتزايد، حيث يزيد كل كيوبت مضاف من السعة بشكل أسي.
في المقابل، يضيف الكمبيوتر العادي سعة جديدة واحدة فقط في كل مرة، بتة جديدة واحدة في كل مرة، لذا فإن الحساب الذي يصبح أكثر تعقيدًا بشكل أسي في كل مرة تتم فيها إضافة نقطة بيانات جديدة يصبح سريعًا غير قابل للإدارة، حيث يتغلب التعقيد المتضاعف بسرعة على قدرة حتى أفضل حاسوب فائق عادي.
على الأقل هذه هي النظرية، المدعومة بالمفاهيم السائدة لكيفية عمل الفيزياء الكمومية الكلاسيكية. لكن البروفيسور بالمر يجادل بأن هذا ليس هو الحال.
ميكانيكا الكم مقابل الفيزياء الكمومية العقلانية (RaQM)
ما هو فضاء هيلبرت؟ إطار عمل القوة الكمومية
تُجمّع المفاهيم “السائدة” للفيزياء الكمومية عمومًا تحت مصطلح “ميكانيكا الكم” (QM) وتصف الظواهر المعقدة، وغالبًا غير البديهية، التي تحدث على المستوى الكمومي.
العنصر الرئيسي ذو الصلة بأجهزة الكمبيوتر الكمومية هو فكرة فضاء هيلبرت. يوسع 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 يحدد فضاءً ذا أبعاد لا نهائية. بعبارة أخرى، يأخذ المفاهيم الهندسية المقتصرة على التعامل مع الفضاءات ثنائية وثلاثية الأبعاد ويوسعها بحيث يمكن استخدامها مع عدد لا نهائي من الأبعاد.”
لأنه أداة أساسية للغاية في الفيزياء الكمومية، نادرًا ما يتم التشكيك فيه. وهو بالتأكيد فكرة “صحيحة” بشكل عام، حيث جعلت ممكنة معظم تنبؤات الفيزياء الكمومية التي تم تأكيدها تجريبيًا.
“تعد فضاءات هيلبرت حاسمة في مجالات مثل ميكانيكا الكم، حيث توفر الإطار الرياضي لفهم سلوك الجسيمات على المستويات المجهرية. وهذا يشمل التطبيقات في حل معادلات معقدة مثل معادلة شرودنغر، التي تصف كيفية تطور الأنظمة الكمومية مع مرور الوقت.”
في تفسيرها الكلاسيكي، ينمو عدد الأبعاد في فضاء هيلبرت بشكل أسي مع عدد الكيوبتات التي يستخدمها الكمبيوتر الكمومي. يعتمد هذا التفسير بالكامل على طبيعة الاستمرارية لفضاء هيلبرت، وهي الفكرة التي يتحداها البروفيسور بالمر.
الفيزياء الكمومية العقلانية: تحدي فكرة الاستمرارية
تتحدى النظرية التي نشرها الفيزيائي من أكسفورد أن فضاء هيلبرت يتصرف حقًا بهذه الطريقة، وتشير إلى صعوبة تعريف الجاذبية الكمومية كمؤشر على أن هذا قد يكون هو الحال. يسمي نظريته “ميكانيكا الكم العقلانية” (RaQM).
“نقدم نظرية للفيزياء الكمومية تستند إلى فكرة أن الطبيعة المستمرة لفضاء الحالة في ميكانيكا الكم تقترب من شيء متقطع بطبيعته، ونجادل بأن سبب هذا التقطع هو الجاذبية.”
الفكرة هي أن فضاء هيلبرت حبيبي بالفعل، ولكن بمساحة صغيرة للغاية، لأن الجاذبية ضعيفة جدًا مقارنة بالقوى الفيزيائية الأساسية الأخرى. وقد طور هذه الأفكار بشكل أكبر في ورقة علمية مصاحبة2 بعنوان “Solving the Mysteries of Quantum Mechanics: Why Nature Abhors a Continuum“.
بدون الخوض في التفاصيل الرياضية، يُعتقد أن الحالة الكمومية تُعرّف فقط فيما يتعلق ببعض الملاحظات “العقلانية”. وهذا يؤدي إلى فهم مختلف قليلاً للأعداد المركبة مثل العدد التخيلي √(-1) أو ما يسمى بالرباعيات، مما يسمح بتفسير واقعي للحالة الكمومية في RaQM، مقارنة بـ QM.
أو كما يضعها البروفيسور بالمر، فإن نظريته تزيل بعض مفارقات الفيزياء الكمومية الشهيرة، مثل قطة شرودنغر.
“في RaQM، لم تعد القطط حية وميتة في وقت واحد.”
سقف الـ 1000 كيوبت: الآثار العملية للمستقبل
جزء أساسي من فرضية أجهزة الكمبيوتر الكمومية فائقة القوة هو أن إضافة المزيد من الكيوبتات تضيف المزيد من “الأبعاد” للعمل على مشكلة رياضية. يستند هذا الافتراض على فكرة “إمداد لا نهائي من سعة تخزين بيانات جديدة” (أبعاد) بواسطة فضاء هيلبرت مع إضافة المزيد من الكيوبتات إلى النظام.
لذا 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 أسيًا كما كان يُعتقد سابقًا، مما يحطم بشكل أساسي أعظم فرضية لأجهزة الكمبيوتر الكمومية.
“فوق عدد حرج من الكيوبتات المتشابكة، ببساطة لا توجد معلومات كافية في الحالة الكمومية لتخصيص حتى بت واحد من المعلومات لكل بُعد من أبعاد فضاء هيلبرت. عندما يحدث هذا، ستتوقف الخوارزميات الكمومية التي تستخدم كل فضاء هيلبرت عن امتلاك ميزة كمومية على الخوارزميات الكلاسيكية.”
تقدر الورقة البحثية أن هذا الحد قد يتم تجاوزه بمجرد أن تتجاوز أجهزة الكمبيوتر الكمومية ما يقرب من بضع مئات إلى 1000 كيوبت مصححة من الأخطاء.
تجدر الإشارة إلى أن هذا أقل بكثير من الحد المتوقع المطلوب لكسر مستويات مهمة من التشفير، حيث يحتاج، على سبيل المثال، 4099 كيوبت لكسر مفتاح RSA 2048 بت باستخدام خوارزمية شور، وهي الخوارزمية الكمومية الأكثر احتمالية لأن تكون مفيدة للأغراض العملية.
إذا كان البروفيسور بالمر محقًا، فقد يعني هذا أن التشفير سيبقى آمنًا للأبد من أجهزة الكمبيوتر الكمومية كما نفهمها اليوم.
نظرًا لأن العديد من النماذج الأولية لأجهزة الكمبيوتر الكمومية تقترب من هذا الحد، بمفردها أو من خلال الشبكات، فمن المرجح أن نعرف قريبًا ما إذا كانت هذه الفكرة صحيحة.
“لقد استوفت QM جميع التحديات التجريبية التي وُجهت إليها، لذا، في الورقة، أقترح تجربة يمكن إجراؤها في غضون بضع سنوات – إذا كان المرء ليصدق خطط التكنولوجيا الكمومية – لاختبار RaQM مقابل QM.”
يمكن أن يكون للمفهوم أيضًا تداعيات رئيسية على الفيزياء الكمومية، إذا ثبتت صحته، تتجاوز بكثير مجرد الحد من إمكانات أجهزة الكمبيوتر الكمومية. وهو ما يمكن أن يجعل أجهزة الكمبيوتر الكمومية مهمة للغاية في حد ذاته، حتى لو كانت تطبيقاتها العملية أكثر محدودية مما كان يُأمل سابقًا.
“إذا قدمت أجهزة الكمبيوتر الكمومية التجارب ليس فقط للعثور على نظرية خلفية لميكانيكا الكم، ولكن الأهم من ذلك للعثور على النظرية التي تدمج الفيزياء الكمومية والجاذبية، فسيكون ذلك بالتأكيد نتيجة جيدة بشكل غير عادي لكل العمل الذي تم بذله في الحوسبة الكمومية على مر السنين.”
الاستنتاجات الاستثمارية الاستراتيجية: إدارة مخاطر الكم
هذا المفهوم الجديد بعيد كل البعد عن الإثبات، وهو في الواقع انحراف جذري عن إجماع الفيزيائيين حول ميكانيكا الكم. لذا فهذه، في الوقت الحالي، مجرد نظرية مثيرة للاهتمام للغاية، لكنها غير مثبتة، موجودة فقط في الرياضيات النظرية.
ومع ذلك، يجب أن ينتبه لها المستثمرون في أسهم الحوسبة الكمومية، لأنها تذكرنا بأن الفيزياء الكمومية لا تزال غير مفهومة بالكامل بعد، وتحمل إمكانيات لكل من الاحتمالات الجديدة المدهشة والقيود في تطبيقاتها العملية.
عنصر آخر هو أنه إذا كان التشفير آمنًا بشكل دائم من أجهزة الكمبيوتر الكمومية، فإن Bitcoin آمنة أيضًا، والتي عانت مؤخرًا من الرواية القائلة بأنها ستُكسر قريبًا بسبب التقدم في الحوسبة الكمومية، وهو موضوع تناولناه أيضًا في “The Post-Quantum Investment Audit: Top 10 Stocks for 2026“.
لذا قد يكون من المنطقي موازنة كلا الخطرين ضد بعضهما البعض:
- إذا وصلت أجهزة الكمبيوتر الكمومية إلى حد أقصى يزيد عن 1000 كيوبت، فإن Bitcoin آمنة، وستختفي الرواية التي دفعت سعر Bitcoin للهبوط.
- إذا كان البروفيسور بالمر مخطئًا، فقد تهدد أجهزة الكمبيوتر الكمومية بالفعل جزء Bitcoin من المحفظة، لكنها ستكون أيضًا قادرة على أداء معجزة حسابية يصعب تخيلها في كل من التشفير وفهم أعمق للعالم المادي.
لذا فإن المحفظة التي تجمع بين أسهم الحوسبة الكمومية والعملات المشفرة ستخفف على الأرجح من كلا الاحتمالين.
للحصول على استثمار في الحوسبة الكمومية، يمكنك الاطلاع على تقريرنا الاستثماري حول Honeywell وشركتها الفرعية للحوسبة الكمومية، Quantinuum، أو مقالتنا “5 Best Quantum Computing Companies of 2025“.
المراجع:
1. Tim Palmer. Rational quantum mechanics: Testing quantum theory with quantum computers. PNAS. 123 (12) e2523350123. March 16, 2026. https://doi.org/10.1073/pnas.2523350123
2. Tim Palmer. Solving the Mysteries of Quantum Mechanics: Why Nature Abhors a Continuum. Proceedings of the Royal Society. February 18, 2026. https://arxiv.org/abs/2602.16382
