سنحصل على أول حاسوب كمومي خلال 5 سنوات فقط

لقد قرأت العناوين الرئيسية: أجهزة الكمبيوتر الكمومية ستعالج المرض باكتشاف أدوية جديدة!

سوف يقومون بتمرير جميع بيانات العالم وإيجاد حلول لمشاكل مثل الفقر وعدم المساواة!

بالمقابل، قد لا يقومون بأي من ذلك. نحن في الحقيقة لسنا متأكدين مما سيبدو عليه الكمبيوتر الكمومي، ولكن الصبية متحمسين. غالبًا ما تشعر أن أجهزة الكمبيوتر الكمومية هي في حالة كميتها الخاصة – إنها تحدث ثورة في العالم، ولكنها لا تزال حلماً بعيد المنال.

الآن، على الرغم من ذلك، لدى مؤسسة العلوم الوطنية خطط لانتزاع أجهزة الكمبيوتر الكمومية من عالم الخيال وإفلاتها بشكل مباشر في مختبراتها البحثية.

وعلى استعداد لدفع مبلغ ضخم للقيام بذلك. في آب / أغسطس، أعلنت الوكالة الفدرالية عن تصميم البرمجيات المصممة خصيصًا لمشروع Quantum co-design (STAQ).

وسيتحد الفيزيائيون والمهندسون وعلماء الكمبيوتر وغيرهم من الباحثين من جامعة ديوك وست جامعات أخرى (بما في ذلك معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا وجامعة كاليفورنيا – بيركلي) للالتحاق بالبعثة التي تبلغ تكلفتها 15 مليون دولار لمدة خمس سنوات.

الهدف هو إنشاء أول حاسوب كمومي عملي في العالم – وهو ما يتجاوز مجرد إثبات المفهوم ويتفوق في الواقع على أفضل الحواسيب الكلاسيكية الموجودة هناك – من الألف إلى الياء.

خلفية صغيرة: هناك بعض الاختلافات الأساسية بين الكمبيوتر الكلاسيكي والكمبيوتر الكمومي. في الحالات التي يستخدم فيها الكمبيوتر الكلاسيكي وحدات البت التي تكون إما في حالة 0 أو 1، يمكن أن تكون البتات الكمومية أو الكيوبتات أيضًا 1 و 0 في نفس الوقت.

تسمى الدوائر الكوانتية التي تستخدم هذه الكيوبتات لنقل المعلومات أو القيام بالحساب،بالبوابات المنطقية الكمية.

كما تتحكم الدارة الكلاسيكية في تدفق الكهرباء داخل دائرة الكمبيوتر، فإن هذه البوابات تقود الكيوبتات الفردية عبر الفوتونات أو الأيونات المصطادة.

من أجل تطوير حواسب كمومية مفيدة فعلاً، يحتاج العلماء إلى معرفة كيفية تحسين كل من الأجهزة التي نستخدمها لبناء الأجهزة المادية، والبرنامج الذي نديره عليها.

ويعني ذلك معرفة كيفية بناء أنظمة بمزيد من الكيوبتات أقل عرضة للخطأ، وتحديد كيفية فرز الاستجابات الصحيحة لطلباتنا عندما نتلقى الكثير من الضجيج معهم.

من المحتمل أن يكون جزء من الإجابة هو إنشاء أدوات تلقائية يمكنها تحسين كيفية تعيين خوارزميات معينة على جهاز معين، وفي النهاية معالجة كلا المشكلتين في وقت واحد.

لفهم أفضل لما قد ينتجه هذا البرنامج، التقت Futurism مع كينيث براون، مهندس جامعة Duke المسؤول عن STAQ.

إليك محادثتنا التي تم تعديلها وتكثيفها قليلاً من أجل الوضوح. لقد أكملنا إجابات براون بالارتباطات التشعبية.

السؤال: إن الكثير مما نسمعه عن الحوسبة الكمومية هو نظري وملخص جدًا – فهناك الكثير من الأبحاث التي قد تؤدي إلى أجهزة الكمبيوتر الكمومية، ولكنها لا تظهر أي مسار واضح حول كيفية الوصول إلى هناك. ماذا سيكون بمقدور فريقك أن يفعل ما لم يتمكن الآخرون من القيام به في الماضي؟

كينيث براون: أعتقد أنه من المهم أن نتذكر أن أجهزة الكمبيوتر الكمومية يمكن أن تكون مصنوعة من مجموعة متنوعة من الأشياء. أنا عادة أجري مقارنة مع أجهزة الكمبيوتر الكلاسيكية.

كانت الحواسيب الكلاسيكية الأولى مجرد تروس، إلى حد كبير لأن ذلك كان أفضل تقنية لدينا. ثم كانت هناك مرحلة الأنبوب المفرغ هذه من أجهزة الكمبيوتر الكلاسيكية التي كانت مفيدة وجيدة.

ثم ظهر أول ترانزستور سليكوني لأول مرة. ومن المهم أن نتذكر أنه عندما ظهر ترانزستور السيليكون لأول مرة، فإنه لم يتمكن من منافسة الأنابيب المفرغة.

أحيانا أعتقد أن الناس ينسون أنه كان اكتشافا مذهلا، الحوسبة الكمومية هي نفس الشيء. هناك الكثير من الطرق لتمثيل المعلومات الكمومية. في الوقت الحالي، فإن التقنيتين اللتين أظهرتا أكثر التطبيقات فائدة هي الكيوبتات فائقة التوصيل والكيوبتات الأيونية المصطادة.

إنها مختلفة ولديها إيجابيات وسلبيات، ولكن في مجموعتنا، كنا نركز بشكل جماعي على هذه الأيونات المحتبسة. مع الكيوبت الأيوني المصطاد، ما هو لطيف أنه على نطاق صغير من عشرات الأيونات، ترتبط جميع الكيوبتات مباشرة.

وهذا يختلف كثيرًا عن النظام الفائق الموصلية لنظام الحالة الصلبة، والذي يتعين عليك فيه التحدث إلى الكيوبتات القريبة. ﻟذﻟك أﻋﺗﻘد أن ﻟدﯾﻧﺎ ﺧطط ﻣﻟﻣوﺳﺔ ﻟﻟﻐﺎﯾﺔ ﻟﺗﺻل إﻟﯽ 30، 32 كيوبت.

ذلك واضح. نود أن نمتد إلى شيء أقرب إلى 64 أو نحو ذلك، وهذا سوف يتطلب بعض الأبحاث الجديدة.

السؤال: ما الذي يجعل هذا الكمبيوتر “عملي” مقارنة بجميع الأشخاص الآخرين العاملين على أجهزة الكمبيوتر الكمومية؟

كينيث براون: أعتقد أن هناك جهود صناعية تدفع نحو بناء هذه الأجهزة العملية بالضبط. الشيء الذي يميزنا هو أن نكون في الجانب الأكاديمي. أعتقد أنه يسمح لمزيد من الاستكشاف، بهدف صنع جهاز يتيح للناس اختبار أفكار مختلفة بشكل كبير حول كيفية تصميم البنية وما هي التطبيقات التي يجب أن تكون عليها مثل هذه الأشياء.

فقط لاختيار مثال، الرجال في آي بي إم(شركة حواسيب) لديهم جهازهم الكمومي. أتعاون معهم في الواقع من خلال مشاريع أخرى، وأعتقد أنهم منفتحون جدًا. ولكن في الوقت الحالي، الطريقة التي تتفاعل بها معها، تكون قد وصلت بالفعل إلى مستوى التجريد [في ذلك يمكن للأشخاص أن يطلبوا أشياء من الكمبيوتر عبر الإنترنت ولكن لا يمكنهم تغيير الطريقة التي تمت برمجتها بها].

إذا كنت تفكر في تحسين هذا الشيء تمامًا، فلا يمكنك ذلك. لديهم مقايضة: لديهم أجهزة الكمبيوتر الخاصة بهم مفتوحة تماما للوصول على شبكة الإنترنت، ولكن لجعلها مستقرة من هذا القبيل، عليك إيقاف بعض الأزرار. [جهاز الكمبيوتر IBM، نظرًا لعمله بطريقة معزولة وتخصيصه لكثير من الباحثين،لا يمكن تصنيعه حسب الطلب للقيام بكل ما قد يريده الفرد.]

لذا هدفنا هو جعل الجهاز يصل إلى هذا النطاق العملي حيث يمكن للباحثين اللعب مع جميع الأزرار.

السؤال: كيف يمكن للحوسبة الكمومية تغيير الأشياء للشخص العادي؟

كينيث براون: أعتقد أن الحوسبة والاتصالات الكمومية على المدى الطويل ستغير طريقة تعاملنا مع المعلومات المشفرة على الإنترنت.

في Google Chrome، في الواقع يمكنك بالفعل تغيير التشفير إلى إعداد تشفير ما بعد الكم. الأمر الثاني هو أنني أعتقد أن الناس لا يفكرون في جميع الطرق التي يؤثر بها التصميم الجزيئي على المواد – من أشياء مملة مثل زجاجات المياه إلى أشياء خيالية مثل أدوية جديدة محددة.

لذلك من المثير للاهتمام أن الكمبيوتر الكمّي يفي بوعده في حساب تلك الخصائص الجزيئية بكفاءة ودقة، وهذا ما قد يغيّر بالفعل المواد والأدوية التي نراها في المستقبل.

ولكن على ما ستفعله على جهاز الكمبيوتر المنزلي، فإن الطريقة التي أفكر بها هي أن معظم الأشخاص يستخدمون الكمبيوتر لمشاهدة Netflix وأحيانًا يكتبون رسالة أو بريدًا إلكترونيًا أو أيًا كان.

هذه ليست أماكن حيث تساعدك أجهزة الكومبيوتر حقا. هذا مضحك – لا أعرف ما هي قاعدة المستخدمين. ولكن عندما تم بناء أجهزة الكمبيوتر لأول مرة، كان لدى الناس نفس الانطباع.

قالوا أن أجهزة الكمبيوتر ستكون فقط للعلماء الذين يعملون في المختبر. ومن الواضح أن الأمر لم يعد كذلك.

السؤال: أي نوع من الأشخاص سيتمكن من استخدام جهاز كمبيوتر كمومي؟ كيف تدرب شخص ما لاستخدامه، وماذا يمكن أن تبدو درجة الحوسبة الكمومية للمستقبل؟

كريس: عندما أحاول شرح الحوسبة الكمومية لشخص ما، إذا كانوا يعرفون فيزياء أو كيمياء ميكانيكا الكم، عندئذ يمكنني عادة أن أبدأ هناك لشرح كيفية عمل جانب الحوسبة. والجانب الآخر صحيح أيضا: إذا كان الناس يفهمون الحوسبة بشكل جيد، يمكنني شرح الوحدات الإضافية التي تعطيك الحوسبة الكمومية.

في المستقبل، ربما نحتاج إلى أشخاص تم تدريبهم من هذين المجالين. نحتاج إلى أشخاص لديهم خلفية في العلوم الفيزيائية ونحصل على السرعة في جانب علوم الكمبيوتر والعكس.

الشيء المحدد الذي سنحاول فعله هو امتلاك هذه المدرسة الصيفية الكمّية، مع فكرة جلب أشخاص من الصناعة ربما يكونون مهندسي أو مهندسي برمجيّات ممتازين، ومحاولة تزويدهم بأدوات كافية ليتمكنوا من البدء بالتفكير حول القواعد الإضافية التي يجب عليك التفكير بها مع الكم.

المصادر: 1