الإقلاع مع هيرون وكوندور: أحدث التطورات في الحواسيب الكمومية

أعلنت شركة IBM للتو عن أحدث اختراق في مهمتها لجعل الحواسيب الكمومية التجارية والعملية حقيقةً – معالج يضم أكثر من 1000 كيوبت يُدعى ‘Condor’ ومعالج يركز على تصحيح الأخطاء يُدعى ‘Heron’.

تمثل الحواسيب الكمومية نهجًا جديدًا في الحوسبة الآلية. من خلال استخدام كيوبتات قادرة على التراكب والتشابك، تمتلك الحواسيب الكمومية القدرة على إجراء حسابات أسرع وأكثر تعقيدًا من البتات التقليدية المستخدمة في الحواسيب التقليدية. على عكس الحوسبة التقليدية، حيث تمثل البتات إما 0 أو 1، يمكن للكيوبتات في الحوسبة الكمومية تمثيل الحالتين معًا في آن واحد. والأهم من ذلك، أن هذا يجعل الحوسبة الكمومية مكملة للحوسبة التقليدية بدلاً من أن تكون بديلاً لها؛ فهي تتفوق في مهام مثل محاكاة الجزيئات وتحسين الأنظمة، بينما الحوسبة التقليدية أفضل للمهام اليومية.

إنه بسبب أنواع المهام التي يجب أن تتفوق فيها الحوسبة الكمومية أن التكنولوجيا تُشاد بها كثيرًا. إن حاسوبًا قادرًا على إجراء حسابات معقدة أسرع بمراتب من الأوامر مقارنةً بنظيره التقليدي يستحق التطوير، حيث إن حالات الاستخدام الخاصة به لديها القدرة على تغيير العالم وفهمنا له.

هيرون وكوندور من IBM

معالِج Heron، الموجود في نظام ibm_torino الكمومي، يمثل قفزة إلى الأمام بفضل 133 كيوبت ثابتة التردد ومقومات قابلة للضبط، مما يحقق تحسينًا في الأداء يتراوح بين 3 إلى 5 أضعاف مقارنةً بمعالجات Eagle السابقة التي تضم 127 كيوبت. هذا التقدم يقضي عمليًا على “التداخل المتبادل” (التفاعل أو التداخل غير المرغوب بين الكيوبتات) ويضع الأساس لتطوير الأجهزة المستقبلية. ومن الجدير بالذكر أن IBM تستخدم هذه الشرائح بالفعل في منصة الحوسبة Quantum System Two ذات “الهيكلية النمطية”.

من ناحية أخرى، يُعد معالج Condor، وهو معالج كمومي يضم 1,121 كيوبت فائق التوصيل، ابتكارًا ملحوظًا بنفس القدر. يزيد من كثافة الكيوبتات بنسبة 50٪، ويضم تحسينات في تصنيع الكيوبتات، ويُدمج أكثر من ميل واحد من الأسلاك الفائقة الكثافة داخل ثلاجة تخفيف واحدة (أداة تُستخدم للوصول إلى درجات حرارة منخفضة جدًا، عادةً قريبة من الصفر المطلق). أداء Condor يُقارن بمعالج Osprey السابق الذي يضم 433 كيوبت، مما يمثل علامة بارزة في توسيع النطاق وإرشاد تصميم الأجهزة المستقبلية في الحوسبة الكمومية.

هذه التطورات التي تقودها IBM تُعد محورية في دفع حدود فائدة الحوسبة الكمومية والتقدم نحو الحوسبة الفائقة القائمة على الكم.

التطبيقات والقيود

كما ذُكر سابقًا، تُشاد بالحواسيب الكمومية بسبب إمكانيتها الكبيرة في تعزيز فهمنا تقريبًا لكل مجال علمي. فيما يلي بعض الأمثلة القليلة على ذلك.

الطب: في مجال الطب، يمكن للحوسبة الكمومية أن تُحدث ثورة في اكتشاف الأدوية من خلال محاكاة سلوك الجزيئات على المستوى الكمومي. يتيح ذلك توقعًا أكثر دقة لكيفية تفاعل الأدوية المحتملة مع جسم الإنسان، مما يسرّع تطوير أدوية جديدة ويقلل التكاليف.

الأرصاد الجوية: بالنسبة للأرصاد الجوية، يمكن للحواسيب الكمومية تحليل كميات هائلة من بيانات الطقس بكفاءة أعلى من الحواسيب التقليدية. سيؤدي ذلك إلى توقعات طقس أكثر دقة وفهم أفضل لتغير المناخ، مما يساعد على التخفيف من الكوارث الطبيعية وتخطيط استراتيجيات الزراعة.

حل المشكلات المعقدة: يمكن للحوسبة الكمومية معالجة المشكلات التي لا يمكن حاليًا حلها بواسطة الحواسيب التقليدية، مثل تحسين الأنظمة الكبيرة لـ اللوجستيات وسلاسل الإمداد، أو حل مسائل رياضية معقدة. لهذا تأثير واسع على قطاعات مختلفة بما فيها النقل والطاقة والمالية.

من المهم أيضًا أن ندرك أننا لا نستطيع معرفة ما لا نستطيع تخيله. بمعنى آخر، سيكون هناك عدد كبير من التطورات غير المتوقعة التي ستمكنها هذه التكنولوجيا يومًا ما.

“الحوسبة الكمومية هي مستقبل الحوسبة. ستفتح آفاقًا جديدة للاكتشاف العلمي والتقدم التكنولوجي لا يمكننا حتى تخيلها اليوم.” – أرڤند كريشنا، رئيس مجلس الإدارة والرئيس التنفيذي لشركة IBM، في مقابلة مع CNBC

مع تمثيل الحواسيب الكمومية لهذا الإنجاز التكنولوجي الضخم، لا عجب أن هناك، ولا تزال، عقبات وتحديات كبيرة يجب التغلب عليها مع مرور الوقت. على سبيل المثال، تواجه الحوسبة الكمومية حاليًا تحديات في تصحيح الأخطاء، والقابلية للتوسع، وتطوير خوارزميات عملية.

“إذا كنت تعتقد أنك تفهم ميكانيكا الكم، فأنت لا تفهم ميكانيكا الكم.” – ريتشارد فاينمان، الحائز على جائزة نوبل في الفيزياء

في الوقت الحالي، تعني هذه القيود أن الحواسيب الكمومية ليست جاهزة بعد للاستخدام الواسع. مع التقدم الأخير، تشير الجداول الزمنية المتفائلة إلى عقد آخر قبل أن يصبح ذلك واقعًا.

التعليم والقوى العاملة المستقبلية في الحوسبة الكمومية

في العقود الماضية، بدت الحوسبة الكمومية مستقبلًا بعيدًا لدرجة أن الدورات التعليمية التي تُدرّسها كانت قليلة ومتباعدة. الآن، مع بدء ظهور مستقبل حيث تُستَخدم هذه التقنية فعليًا، يزداد الحاجة إلى تدريب الجيل القادم من العلماء والمهندسين الذين سيتحملون مسؤولية استمرار هذا التقدم. نتيجةً لذلك، بدأت العديد من الجامعات تقدم الآن دورات وبرامج متخصصة في الحوسبة الكمومية لإعداد قوة عمل ماهرة لهذا المجال الناشئ.

• معهد الحوسبة الكمومية بجامعة واترلو يُعد مثالًا بارزًا، يجمع بين البحث الأكاديمي والرغبة في تج commercialize التقنية. بتمويل من مايك لازاريديس، مؤسس BlackBerry ، يضم حوالي 296 باحثًا وقد نشر أكثر من 1500 ورقة بحثية.
• جامعة أكسفورد لها تاريخ طويل في الحوسبة الكمومية، مع مساهمات هامة في المجال، بما في ذلك أول حاسوب كمومي يعمل بحالة NMR نقية.
• مبادرة هارفارد الكمومية بجامعة هارفارد تركز على تقدم علم وهندسة الحواسيب الكمومية وتطبيقاتها، استعدادًا لما تسميه “الثورة الكمومية الثانية”.
• مركز الفيزياء النظرية في MIT يغوص بعمق في المعلومات الكمومية والحوسبة الكمومية، مستكشفًا الخوارزميات الكمومية، نظرية المعلومات الكمومية، وتحقيق الحواسيب الكمومية تجريبيًا.
• مركز التكنولوجيا الكمومية في الجامعة الوطنية في سنغافورة وجامعة نان يانغ للتقنية ومركز المعلومات والكمبيوتر الكمومي بجامعة كاليفورنيا بيركلي أيضًا رائدان في تعليم الحوسبة الكمومية، يركزان على البحث وتطوير الأجهزة الكمومية.
• معهد كوانتم المشترك بجامعة ماريلاند يتعاون مع مؤسسات كبرى مثل NIST وLPS، ويجري برامج بحثية واسعة مخصصة للتحكم واستغلال الأنظمة الكمومية.

اللاعبون الصناعيون الذين يدفعون الحوسبة الكمومية إلى الأمام

1.  International Business Machines Corporation

IBM مخطط السعر

تُعد IBM منذ زمن طويل رائدة في تطوير الحواسيب الكمومية. تسعى الشركة إلى دمقرطة تطوير الحوسبة الكمومية من خلال مبادرات مثل Qiskit Patterns. كما وسعت خريطة الطريق الخاصة بها لتحقيق حوسبة كمومية عملية على نطاق واسع، مع التركيز على هياكل معيارية جديدة وشبكات يمكن أن تمكّن أنظمة كمومية تضم مئات الآلاف من الكيوبتات، وهو أمر أساسي للتطبيقات الكمومية العملية.

2.  Microsoft Corporation

MSFT مخطط السعر

تركز جهود مايكروسوفت في الحوسبة الكمومية على التكامل السحابي والتعاون. قدمت الشركة آلات كمومية ذات أعلى حجم كمي في الصناعة إلى Azure Quantum، بما في ذلك شراكات مع IonQ وPasqal وQuantinuum وQCI وRigetti. يُسهل هذا التكامل التجارب ويُعد خطوة نحو توسيع نطاق الحوسبة الكمومية. تؤكد مايكروسوفت على أهمية وجود نظام إيكولوجي عالمي لتحقيق الإمكانات الكاملة للحوسبة الكمومية وتخطط لتقديم آلتها الكمومية كخدمة سحابية عبر Azure، مع ضمان الاستخدام الآمن والمسؤول لهذه التقنية الناشئة.

3.  Alphabet Inc.

GOOGL مخطط السعر

من خلال مختبر Google Quantum AI، حققت Alphabet (GOOG ) تقدمًا كبيرًا في الحوسبة الكمومية. في عام 2023، أعلن علماء جوجل عن إنجاز رئيسي في خفض معدل الأخطاء في الحوسبة الكمومية، وهو تحدٍ طويل الأمد في المجال. تصف أبحاثهم، المنشورة في مجلة Nature، نظامًا قادرًا على تقليل معدل الأخطاء بشكل كبير وتطبيق رموز تصحيح الأخطاء التي يمكنها اكتشاف الأخطاء وإصلاحها دون الإضرار بالمعلومات. سابقًا، في عام 2019، زعمت جوجل أنها حققت “تفوقًا كموميًا” باستخدام آلة Sycamore، حيث نفذت حسابًا في 200 ثانية كان سيستغرق حاسوبًا فائقًا تقليديًا 10,000 سنة، مما يوضح إمكانات الحوسبة الكمومية في حل مشكلات معقدة تفوق قدرات الحوسبة التقليدية.

الخلاصة

تمثل الحوسبة الكمومية قفزة رائدة في عالم الحوسبة، وتوفر إمكانية إحداث ثورة في مجموعة واسعة من المجالات. بينما تُظهر التطورات الأخيرة من IBM معالجات Heron وCondor الكمومية تقدمًا كبيرًا نحو حوسبة عملية، لا تزال التقنية تواجه تحديات كبيرة في تصحيح الأخطاء، والقابلية للتوسع، وتطوير الخوارزميات – مما يبرز الحاجة إلى استمرار البحث والابتكار.

على الرغم من بقاء هذه التحديات، فإن الحوسبة الكمومية تحمل وعدًا بفتح إمكانات لا يمكننا حتى تخيلها اليوم، مما يمهد لعصر جديد من الاكتشاف العلمي والتقدم التكنولوجي. لا يزال إمكانها الكامل يتكشف، وتأثيرها على مختلف الصناعات والمجتمع واعد بأن يكون عميقًا.