لقد تم الإعلان عن تطوير جوجل لشريحة حوسبة كمومية تدعى ويلو (Willow)، والتي يمكن أن تحدث ثورة في هذا المجال وتجعل الحوسبة الكمومية العملية أقرب إلى الواقع. تم تحقيق هذا الإنجاز من قبل فريق مكون من حوالي 300 شخص في جوجل، بقيادة هارتموت نيفين، مؤسس “Google Quantum AI”.
إن قدرات الرقاقة مذهلة، حيث تقوم بإجراء العمليات الحسابية في دقائق معدودة من شأنها أن تستغرق أجهزة الكمبيوتر العملاقة الرائدة في العالم 10 سيبتيليون سنة لاستكمالها. وهذا الإنجاز له آثار كبيرة على معالجة بعض التحديات الأكثر إلحاحا التي تواجه البشرية، مثل تطوير طاقة الاندماج النووي الآمنة ومكافحة تغير المناخ.
محتويات المقال :
ما هي أجهزة الكمبيوتر الكمومية؟
تمثل أجهزة الكمبيوتر الكمومية انحرافًا جذريًا عن أجهزة الكمبيوتر الكلاسيكية. بينما تستخدم أجهزة الكمبيوتر التقليدية البتات، والتي يمكن أن تكون إما 0 أو 1، تستخدم أجهزة الكمبيوتر الكمومية البتات الكمومية أو كيوبتات. يمكن أن توجد كيوبتات في حالات متعددة في وقت واحد، وهي الظاهرة المعروفة باسم التراكب. يسمح هذا لجهاز كمبيوتر كمومي واحد بإجراء العديد من الحسابات في وقت واحد، مما قد يحل مشاكل معقدة قد تستغرق أجهزة الكمبيوتر الكلاسيكية قرنين من الزمان.
إن مبدأ آخر أساسي في ميكانيكا الكم يستغله الكمبيوتر الكمومي هو التشابك. حيث تصبح البتات الكمومية المتشابكة مترابطة، بغض النظر عن المسافة، بحيث تؤثر حالة أحدها على حالة الآخر على الفور. تمكن هذه الخاصية الكمبيوتر الكمومي من إجراء عمليات حسابية معقدة وحل مشكلات التحسين بكفاءة أكبر.
ومع ذلك، فإن بناء وتشغيل أجهزة الكمبيوتر الكمومية يشكل تحديًا كبيرًا. فالبتات الكمومية حساسة للغاية للعوامل البيئية مثل درجة الحرارة والتداخل الكهرومغناطيسي. ويتطلب الحفاظ على حالتها الكمومية أجهزة متخصصة، غالبًا ما يتم تبريدها إلى درجات حرارة قريبة من الصفر المطلق. بالإضافة إلى ذلك، فإن تطوير خوارزميات الكم القادرة على تسخير قوة ميكانيكا الكم هو مجال بحثي مستمر.
حل المشاكل الأكثر تعقيدًا في العالم
تقوم أجهزة الكمبيوتر الكلاسيكية بمعالجة المعلومات بطريقة خطية خطوة بخطوة، مما يحد من قدرتها على معالجة المشكلات المعقدة. في المقابل، يمكن لأجهزة الكمبيوتر الكمومية معالجة كميات هائلة من البيانات في وقت واحد، واستغلال الخصائص الغريبة لميكانيكا الكم لاستكشاف عدد لا حصر له تقريبًا من الاحتمالات.
وهذا يعني أن أجهزة الكمبيوتر الكمومية يمكنها إيجاد حلول للمشكلات غير القابلة للحل حاليًا، حتى مع أجهزة الكمبيوتر الكلاسيكية الأكثر تقدمًا. على سبيل المثال، تعد محاكاة سلوك الجزيئات أمرًا بالغ الأهمية لتطوير أدوية جديدة، لكن هذه المهمة معقدة للغاية بالنسبة لأجهزة الكمبيوتر الكلاسيكية. ولكن، يستطيع الكمبيوتر الكمي محاكاة هذه السلوكيات في غضون دقائق، مما يفتح آفاقًا جديدة لاكتشاف الأدوية.
الإنجاز الكبير في تصحيح الأخطاء
منذ ما يقرب من ثلاثة عقود، ناضل العلماء للتغلب على عقبة رئيسية في بناء أجهزة الكمبيوتر الكمومية العملية، وهي تصحيح الأخطاء. ونظرًا للطبيعة الهشة للأنظمة الكمومية، فإن أدنى اضطراب يمكن أن يتسبب في تراكم الأخطاء، مما يجعل النظام بأكمله عديم الفائدة. إنه مثل محاولة الاحتفاظ بالماء بين يديك، كلما أضفت المزيد، كلما زاد تسربه.
تقليديًا، غالبًا ما يؤدي زيادة عدد البتات الكمومية في الكمبيوتر الكمومي إلى زيادة مقابلة في الأخطاء. ومع ذلك، أظهرت ويلو التأثير المعاكس، حيث أدى إضافة المزيد من البتات الكمومية في الواقع إلى تقليل الأخطاء. وهذه خطوة حاسمة نحو بناء أجهزة كمبيوتر كمومية عملية، حيث يعد تصحيح الأخطاء أمرًا ضروريًا للحسابات الموثوقة والدقيقة.
يعد هذا الإنجاز أمرًا بالغ الأهمية لأنه يسمح للحاسوب الكمومي بالحفاظ على حالته الكمومية الهشة، حتى أثناء قيامه بمعالجة كميات هائلة من البيانات. إنها خطوة رئيسية في السعي نحو الحوسبة الكمومية العملية، ويقربنا خطوة واحدة من إطلاق العنان لإمكانات القوة الكمومية.
إطلاق العنان للابتكار في مجالات متعددة
بفضل قدرتها على معالجة كميات هائلة من البيانات بشكل أسرع من أجهزة الكمبيوتر الكلاسيكية، فإن الحوسبة الكمومية لديها القدرة على إحداث ثورة في مجالات متعددة. في الطب، يمكن أن يؤدي ذلك إلى تطوير تشخيص الأمراض وعلاجها، وتمكين الأطباء من إنشاء أدوية شخصية تستهدف سمات وراثية محددة. وفي مجال الطاقة، يمكنها تحسين تصميم البطاريات، مما يؤدي إلى تخزين طاقة أكثر كفاءة واستدامة.
علاوة على ذلك، يمكن للحوسبة الكمومية أن تحمل المفتاح لفتح مصادر الطاقة المستدامة، مثل طاقة الاندماج النووي. ومن خلال محاكاة التفاعلات المعقدة وتحسين العمليات، يمكن لأجهزة الكمبيوتر الكمومية أن تساعد العلماء على تطوير مصادر جديدة ونظيفة للطاقة. وهذا بدوره يمكن أن يساعد في مكافحة تغير المناخ، وهو أحد القضايا الأكثر إلحاحا في عصرنا.
المصادر
Google announces quantum computing chip breakthrough | techxplore
Quantum error correction below the surface code threshold | nature
Author: أخبار علمية
سعدنا بزيارتك، جميع مقالات الموقع هي ملك موقع الأكاديمية بوست ولا يحق لأي شخص أو جهة استخدامها دون الإشارة إليها كمصدر. تعمل إدارة الموقع على إدارة عملية كتابة المحتوى العلمي دون تدخل مباشر في أسلوب الكاتب، مما يحمل الكاتب المسؤولية عن مدى دقة وسلامة ما يكتب.
التعليقات :