لقد عبر الكمبيوتر الكمومي مرحلة مهمة من المشاكل النظرية إلى المشاكل العملية

إذا تمت مقارنة تطور الحوسبة الكمومية بتطور علم الطيران، فمن الممكن حتى الآن تشبيه أجهزة الكمبيوتر الكمومية ببالونات الهواء الساخن: فهي جميلة ومثيرة للاهتمام ويمكنها توصيل السياح… لكن ليس لها أي فائدة عملية. والآن، في عام 2025 لقد تغير الوضع.

“يمكننا هذا العام أن نقول إن “مركبة أثقل من الهواء وعلى متنها شخص ارتفعت، علاوة على ذلك، نقلت حمولة”. أظهر الزملاء عملاً رائعًا، حيث قاموا أخيرًا بحل مشكلة قد تكون مناسبة لوصف شيء مفيد، على سبيل المثال، عمليات التحفيز (في الكيمياء، تعد هذه مشكلة مهمة وخطيرة). “الجهاز” الذي يتم تنفيذ ذلك عليه عبارة عن منصة أيونية تحتوي على 56 أيونًا، وبالتالي 56 كيوبت. لكن السمة المميزة لهذا الجهاز ليست عدد الكيوبتات، وهو أمر متواضع في العصر الحديث، بل ظرفين. أولاً، يتم تنفيذ العمليات الكمومية هناك بدقة عالية جدًا، مع مستوى منخفض جدًا من الضوضاء (أخطاء – إد.). “ثانيًا، هذا جهاز ذو اتصال جيد، أي أنه يمكن استخدامه لتنفيذ عمليات interqubit،” أليكسي روبتسوف، دكتور في الفيزياء والرياضيات، رئيس المجموعة العلمية لمركز الكم الروسي، أستاذ في جامعة موسكو الحكومية. م.ف. لومونوسوف، أستاذ الأكاديمية الروسية للعلوم.

وبالتالي، يمكننا التحدث عن إنشاء معالج قادر على تنفيذ خوارزميات صغيرة ولكن عالمية بكفاءة في لغة البرمجة الكمومية. علاوة على ذلك، فهذه خوارزميات تحل مشاكل البحث المهمة حقًا.

ما هو الكمبيوتر الكميكيف يعمل وما هو مطلوب ومن يقوم بتطوير هذه الأجهزة – اقرأ مقالتنا. يروي لنا ألكسندر بوريسينكو القصة، أحد مبدعي أجهزة الكمبيوتر الكمومية في روسيا.

حتى وقت قريب، كان المشاركون الرئيسيون في السباق الكمي يحبون إعلان ما يسمى “التفوق الكمي” في أي مناسبة – حتى لو كانت المشكلة التي تم حلها مصطنعة تمامًا. بمجرد أن تحولت المحادثة إلى تطبيق صناعي تجاري، تضاءلت الشفقة، لكن الملاحظات المسؤولة بدت في البيانات. الآلاف من الكيوبتات التي تتسم بضعف الاتساق لم تعد تفاجئ أحدًا. هناك أجهزة تم إنتاجها بالفعل في الإنتاج الضخم.

وكانت النتيجة المهمة الأخرى لعام 2025 هي تحديد التكنولوجيا الرائدة لإنشاء خلايا المعلومات الكمومية. وبطبيعة الحال، قد يتغير الوضع في المستقبل. لكن في هذه اللحظة لدينا ميزة أنظمة تعتمد على الذرات والأيونات فائقة البرودة. وتمكن العلماء من إبقائها في حالة من الاتساق الكمي لأطول فترة ممكنة. لا يسع المرء إلا أن يفرح لأنه تم بناء جهاز كمبيوتر كمي تجريبي ولكنه يعمل بكامل طاقته يعتمد على أيونات المعادن هذا العام في معهد ليبيديف الفيزيائي التابع لأكاديمية العلوم الروسية. علاوة على ذلك، باستخدام 25 جسيمًا فقط، فإنه ينفذ ما يصل إلى 50 كيوبتًا منطقيًا. بعد كل شيء، 25 هو نصف ما يصل إلى 50! كيف يحدث هذا؟

“تعمل أجهزة الكمبيوتر الكمومية التقليدية على هذا النحو: تختار مستويين على مستوى أيون واحد وتستخدمهما لتشفير المعلومات الكمومية. هنا أيون واحد هو كيوبت واحد. يمكننا استخدام عدد أكبر من المستويات في أيون واحد، على سبيل المثال، أربعة مستويات في كل أيون. وبالتالي لم يعد نظامًا من مستويين، بل نظامًا من أربع طبقات. وفي أيون واحد يمكننا الآن احتواء كمية من المعلومات تعادل اثنين كيوبت،” إيليا زاليفاكو، دكتوراه، باحث أول في مختبر بصريات الأنظمة الكمومية المعقدة، معهد ليبيديف الفيزيائي.

في حالة الكمبيوتر الكمي 2×2، هناك أربعة احتمالات. يتيح لك هذا الحل توسيع نطاق النظام بتكاليف أقل للاحتفاظ بالأيونات والتبريد. بعد كل شيء، إضافة جسيم مادي واحد يؤدي إلى ظهور خليتين منطقيتين جديدتين في وقت واحد. هذا الكمبيوتر يحل بالفعل مشاكل عملية للغاية. على سبيل المثال، نجح في تدريب شبكة عصبية للتعرف على الحروف المكتوبة بخط اليد.

بالطبع، قد يطرح السؤال: لماذا نستخدم قدرات الكمبيوتر الكمومي لمهمة يبدو أنه يتم التعامل معها بواسطة كمبيوتر كلاسيكي؟

“نعم، هذا سؤال جيد. من المعروف أن تدريب الشبكات العصبية هي مهمة يمكن حلها بواسطة أجهزة الكمبيوتر الكلاسيكية. ومن ناحية أخرى، نعلم، على سبيل المثال، أنه يتم حاليًا بناء ثلاث محطات طاقة جديدة في الولايات المتحدة من أجل تشغيل مراكز البيانات حيث يتم تدريب الشبكات العصبية. وهذه عملية يمكن للناس القيام بها بشكل كلاسيكي بشكل جيد، ولكنها في الوقت نفسه تتطلب قدرًا هائلاً من الموارد،” إيليا زاليفاكو.

العلماء كان من الممكن التحقق من أن الجهاز الجديد يتعامل بشكل جيد مع مشكلة تحسين الكم الكلاسيكية. هذا الكمبيوتر لا يزال تجريبيا. ومع ذلك، فإنه يؤكد الاتجاه الرئيسي لعام 2025، وهو أن أجهزة الكمبيوتر الكمومية تحقق فوائد عملية.

“توجد بالفعل شركات تحاول العمل مع أجهزة الكمبيوتر الكمومية، والاتصال عبر السحابة. هناك طلب. وقد تم بالفعل حل بعض النماذج الأولية للمشكلات المفيدة – التوصيل الحراري، وتدريب الشبكات العصبية. في الوقت الحالي، يلقي الناس نظرة فاحصة ويتعلمون كيفية التعامل معها،” إيليا زاليفاكو.

كيف يمكن لأجهزة الكمبيوتر الكمومية أن تحل محل الأجهزة الكلاسيكية؟؟ ومتى سيحدث هذا؟ اقرأ المادة على الموقع.