جيم كلارك، مدير الأجهزة الكمومية في شركة إنتل، مع أحد المعالجات الكمومية للشركة. صورة؛ شركة انتل
- تعد أجهزة الكمبيوتر الكمومية تقنية مثيرة للغاية تحمل وعدًا بإنشاء قدرات حوسبة قوية لحل المشكلات المستعصية في السابق.
- يقول الخبراء إن شركة IBM قادت الطريق في مجال الحوسبة الكمومية، ولهذا السبب تقع شركات Google وIntel وMicrosoft ومجموعة كبيرة من الشركات الناشئة تحت تأثيرها.
- ينجذب المستثمرون إلى الشركات الناشئة في مجال الحوسبة الكمومية، بما في ذلك IonQ، وColdQuanta، وD-Wave Systems، وRigetti، التي يمكن أن تحدث اضطرابًا في السوق.
- ومع ذلك، هناك مشكلة: أجهزة الكمبيوتر الكمومية الحديثة بشكل عام ليست قوية أو موثوقة مثل أجهزة الكمبيوتر العملاقة الحالية، كما أنها تتطلب شروطًا خاصة لبدء التشغيل والإقلاع.
في شهر يناير، أحدثت شركة IBM ضجة كبيرة عندما أعلنت عن IBM Q System One، وهو أول حاسوب كمي في العالم متاح للأعمال. تم وضع الجهاز في علبة زجاجية أنيقة يبلغ حجمها 9 أقدام مكعبة.
يعد هذا معلمًا مهمًا لأجهزة الكمبيوتر الكمومية، التي لا تزال موجودة في مختبرات الأبحاث. وفقًا لشركة IBM، يتطلع المشترون بالفعل إلى وضع أيديهم على التكنولوجيا، التي تظهر نتائج واعدة في مجموعة متنوعة من المجالات: الكيمياء، وعلوم المواد، وتصنيع الأغذية، والفضاء، وتطوير الأدوية، والتنبؤ بسوق الأوراق المالية، وحتى تغير المناخ.
نظام آي بي إم كيو الأول. الصورة: آي بي إم
السبب وراء هذه الإثارة هو أن الكمبيوتر الكمي يتمتع بخصائص سحرية على ما يبدو تسمح له بمعالجة معلومات أكثر بشكل كبير من النظام التقليدي. إن الحاسوب الكمي ليس مجرد حاسوب سريع للغاية؛ بل على نحو أكثر دقة، فهو نموذج حاسوبي مختلف تماما ويتطلب إعادة تفكير جذرية.
الفائز في سباق التكنولوجيا سيكون الشركة التي تستفيد من الفرص التي توفرها هذه التكنولوجيا. وتراهن شركات IBM وMicrosoft وGoogle وغيرها من عمالقة التكنولوجيا، وكذلك الشركات الناشئة، على هذه التكنولوجيا.
سأل موقع Business Insider نائب رئيس شركة IBM Q للاستراتيجية والنظام البيئي بوب سوتور عن كيفية جعل هذه الأنظمة في متناول الأشخاص: كيف سيتمكن الأشخاص من الوصول إليها؟ كيف يمكن للعديد من الأشخاص أن يتعلموا استخدام أجهزة الكمبيوتر الكمومية لأداء مهامهم؟
هناك فرصة ضئيلة لرؤية أجهزة الكمبيوتر الكمومية في المكتب في أي وقت قريب. يعتقد الخبراء الذين تحدثنا إليهم أنه على الرغم من توفرها لشركة IBM، إلا أن الأمر سيستغرق من خمس إلى عشر سنوات أخرى قبل أن تصل الحوسبة الكمومية إلى الاتجاه السائد حقًا. يتوفر IBM Q System One حاليًا كخدمة حوسبة سحابية لعملاء محددين فقط. سوف يستغرق الأمر بعض الوقت قبل أن يتمكن الأشخاص من شراء شيء كهذا وتشغيله لأغراضهم الخاصة.
وفي الواقع، يقول الخبراء إن أجهزة الكمبيوتر الكمومية تبدو واعدة للغاية، لكنها بعيدة كل البعد عن الإنتاج الضخم. فهي هشة للغاية وتتطلب ظروفًا خاصة للعمل. علاوة على ذلك، فإن أجهزة الكمبيوتر الكمومية اليوم ليست موثوقة أو قوية مثل أجهزة الكمبيوتر الموجودة لدينا بالفعل.
قال جيم كلارك، مدير الأجهزة الكمومية في شركة إنتل، لموقع Business Insider: “نعتقد أنه في غضون عشر سنوات تقريبًا، سيغير الكمبيوتر الكمي حياتك أو حياتي”. — في الواقع، نحن الآن فقط في الميل الأول من الماراثون. هذا لا يعني أننا لسنا قلقين بشأن ذلك".
ما هو الكمبيوتر الكمي؟
قال بيل جيتس ذات مرة إن الرياضيات وراء الكم كانت تفوق فهمه، لكن لم يتفق الجميع على ذلك.
يقول كريس مونرو، الرئيس التنفيذي والمؤسس المشارك لشركة IonQ، لموقع Business Insider: "هناك اعتقاد خاطئ بأن فيزياء الكم هي فيزياء وهي معقدة للغاية". "ما يجعل الأمر غير مفهوم لكثير من الناس هو أنه غير مفهوم، لكنه غير مفهوم بالنسبة لي كما هو غير مفهوم بالنسبة لك." إذا كان هناك شيء يمكن أن يكون في حالة تراكب، فهذا يعني أنه يمكن أن يكون في حالتين في نفس الوقت. إنه أمر غريب لأننا لا نختبر ذلك في العالم الحقيقي."
تعرض أجهزة الكمبيوتر التي استخدمناها البيانات كسلسلة من 1 أو 0 تسمى الرمز الثنائي. ومع ذلك، يمكن للكمبيوتر الكمي تمثيل البيانات على هيئة 1 أو 0، أو الأهم من ذلك، كلا الرقمين في نفس الوقت.
عندما يكون النظام في أكثر من حالة في نفس الوقت، يطلق عليه "التراكب"، وهي إحدى الخصائص السحرية للحوسبة الكمومية. المبدأ الرئيسي الآخر هنا هو "التشابك"، وهو خاصية كمومية تسمح لجسيمين بالتحرك في تزامن مثالي، بغض النظر عن المسافة بينهما فيزيائيًا.
كما يشرح في مجلة Scientific American، تتحد هاتان الخاصيتان لإنشاء جهاز كمبيوتر يمكنه معالجة بيانات أكثر بكثير في وقت واحد من أي نظام موجود في السوق اليوم.
يتم قياس قوة الكمبيوتر الكمي بالكيوبت، وهي وحدة القياس الأساسية في الكمبيوتر الكمي. تمامًا كما تحتوي أجهزة الكمبيوتر الحديثة على معالجات 32 بت أو 64 بت (مقياس لكمية البيانات التي يمكنها معالجتها في وقت واحد)، فإن الكمبيوتر الكمي الذي يحتوي على عدد أكبر من الكيوبتات يتمتع بقدرة معالجة أكبر بكثير.
داخل الكمبيوتر الكمي. الصورة: آي بي إم
السماء هي الحدود
كل هذا يعني أن الكمبيوتر الكمي يمكنه حل المشكلات التي كانت محدودة في السابق بقدرة الحوسبة.
على سبيل المثال، يمكن للكمبيوتر الكمي أن يحل بشكل فظ مشكلة البائع المتجول الشهيرة، وهي مشكلة حسابية معقدة تتطلب إيجاد أقصر طريق بين مدن متعددة قبل العودة إلى المنزل. يبدو الأمر بسيطًا، ولكن إذا نظرت إليه رياضيًا، فإن العثور على المسار الأمثل الوحيد يصبح أكثر صعوبة كلما أضفت المزيد من المدن إلى مساره.
وعلى نحو مماثل، يستطيع الكمبيوتر الكمي أن يخوض في أصعب المشاكل وأكثرها استهلاكا للوقت، من خلال غربلة كميات هائلة من البيانات المالية أو الصيدلانية أو المناخية للعثور على الحلول المثلى. في الواقع، تتعاون شركة D-Wave الناشئة بالفعل مع شركة فولكس فاجن لتحليل أنماط القيادة وفحص كميات هائلة من الضوضاء للوصول إلى جوهر الأشياء.
تمت مناقشة فائدته في مجال التشفير. الكمبيوتر الكمي قادر على إتقان طريقة تشفير مختلفة عن التشفير المعروف سابقًا، مما يسمح له بفك تشفير أسرار الدولة بسهولة. وهناك اهتمام كبير من جانب الحكومات العالمية بهذه الميزة المفيدة، بينما يخشى النشطاء من أن ظهور الحوسبة الكمومية يمكن أن يؤدي إلى تدمير الخصوصية.
مشكلة الفيزياء
وقال ماثيو بريس، نائب رئيس قسم البحث والتطوير لدى مؤسسة جارتنر: «نظراً لأن الحوسبة الكمومية لا تزال في مراحلها الأولى، فإن هناك الكثير من المعلومات التي لا تزال غير مثبتة. ويقول: "لكن المشترين يبحثون بالفعل عن تطبيقات لتحديد المزايا التنافسية للحوسبة الكمومية لأعمالهم".
على الرغم من كل هذه الضجة، يعتقد الخبراء أن أجهزة الكمبيوتر الكمومية بعيدة كل البعد عن قيادة الطريق كما كانت أجهزة الكمبيوتر الشخصية في الخمسينيات. وبطبيعة الحال، فإنهم يكتسبون زخما، ولكن ببطء.
وقال بريان هوبكنز، نائب الرئيس والمحلل الرئيسي في شركة Forrester، لموقع Business Insider: "يمكن مقارنة الحوسبة الكمومية بقطار بطيء الحركة". "إذا تحرك بوصة واحدة في الثانية، فسوف يمر بوصتين في الثانية خلال شهر." وسرعان ما سيبدأ في التحرك بشكل أسرع."
المشكلة الكبرى الآن هي أن الكمبيوتر الكمي لا يستطيع فعل أي شيء لا يستطيع الكمبيوتر الكلاسيكي فعله. تتطلع الصناعة إلى لحظة تسمى التفوق الكمي، عندما تتجاوز أجهزة الكمبيوتر الكمومية القيود الحالية.
يقول المحلل بريس: "عندما يأتي العملاء إلينا، فإن الشيء الرئيسي الذي يخبروننا به هو أنهم لا يهتمون بالنموذج طالما أنه مفيد لأعمالهم". - لا يوجد نموذج يمكنه أن يتفوق على الخوارزميات الكلاسيكية. نحتاج حقًا إلى الانتظار حتى تبدأ أجهزة الكمبيوتر الكمومية في التحسن.
تقوم كاتي بولي، زميلة أبحاث IBM، بفحص منظم البرد الذي يساعد أجهزة الكمبيوتر الكمومية في الحفاظ على درجات حرارة منخفضة. الصورة: أندي آرون، آي بي إم
وتظل المشكلة الكبيرة هي الافتقار إلى القدرة الحاسوبية. من المفترض أن التفوق الكمي سيتطلب جهاز كمبيوتر بقوة 50 كيوبت. وعلى الرغم من أن هذا الإنجاز قد تم تحقيقه في المختبر، إلا أنه ليس دائمًا ولا يمكن استمراره. في الواقع، يمكن أن تكون الكيوبتات عرضة للأخطاء وغير مستقرة، مما يؤدي إلى مشاكل في توليدها ويقلل من إمكاناتها.
عامل مهم آخر هو المزيد من المواد. يجب أن تكون أجهزة الكمبيوتر الكمومية معزولة تمامًا عن بيئتها لتعمل وتتطلب درجات حرارة منخفضة جدًا. حتى أصغر الاهتزازات يمكن أن تتسبب في انهيار الكيوبتات، مما يؤدي إلى إخراجها من حالة التراكب، تمامًا كما يتسبب طفل يطرق على الطاولة في سقوط العملات المعدنية على الطاولة.
تعد أجهزة الكمبيوتر الكمومية السابقة، مثل IBM Q System One، ضخمة جدًا لدرجة أن ظروف العزل والتبريد اللازمة أصبحت تحديًا حقيقيًا. ومما يؤدي إلى تفاقم هذه المشكلة نقص المكونات الضرورية: الكابلات فائقة التوصيل والثلاجات ذات درجات الحرارة المنخفضة. وهم في نقص شديد.
في النهاية، هذا يعني أنه على الرغم من تحسن المعرفة والتقدم التكنولوجي، إلا أن الحوسبة الكمومية لا تزال غير ممكنة من الناحية العملية.
وقال كلارك من إنتل: "أحد التحديات التي تواجه فريق العمل الخاص بي هو التعامل مع المواد والسيليكون والمعادن، حتى نتمكن من خلق بيئة متجانسة للغاية". - هذه في الأساس أفضل تكنولوجيا لأشباه الموصلات. إن التقنيات التي نحتاجها لإنشاء حوسبة كمومية على نطاق واسع غير موجودة بعد».
والمشكلة الأخرى هي أن أجهزة الكمبيوتر الكمومية لديها القدرة التي لا يمكن إنكارها لتوفير قوة حاسوبية غير متوقعة. ومع ذلك، لا يوجد الكثير من الأشخاص في هذا العالم الذين لديهم بالفعل خبرة في برمجة أو تشغيل هذه الأنظمة، والمشترين المحتملين منبهرون بمحاولة معرفة كيفية استخدامها فعليًا.
سباق الكم العظيم
يقول المحللون إن شركة IBM تقود حاليًا سباق الحوسبة الكمومية بفضل التوافر التجاري المحدود لنظام IBM Q System One. نظرًا لأنه يتم الوصول إليه من خلال السحابة، يمكن لشركة IBM الحفاظ على هذه الشروط الخاصة للحفاظ على عمل هذا الكمبيوتر الكمي مع السماح لعملاء محددين باستخدامه.
قال المحلل بريس: "أعتقد أن [الكمبيوتر الكمي الخاص بشركة IBM] يتأرجح". "أعتقد أن الحوسبة الكمومية كنموذج للخدمة هي النموذج الصحيح." ومن خلال وضعها في حاوية ومعالجتها على وجه التحديد، فإنهم يحاولون حقًا تحسين جودتها.
تعمل سارة شيلدون وبات جومان من شركة IBM على ثلاجة الذوبان التي تعمل على تبريد أجهزة الكمبيوتر الكمومية. الصورة: آي بي إم
في الوقت نفسه، يشير المحللون إلى أن أيًا من اللاعبين في هذا السوق يمكن أن يحقق اختراقًا في أي لحظة يسمح له بالمضي قدمًا، وأن هذا لا يزال تنافسًا ضروريًا.
يتعامل عمالقة تكنولوجيا المعلومات المختلفون مع هذه المشكلة بشكل مختلف. تعمل شركات Intel وIBM وGoogle وشركة Rigetti الناشئة للحوسبة الكمومية على بناء أنظمة تعتمد على دوائر فائقة التوصيل، مدعومة بأحدث أجهزة الكمبيوتر العملاقة.
تتخذ نهجًا مختلفًا تمامًا وربما أكثر خطورة في محاولة إنشاء كيوبت أفضل. الكيوبت الطوبولوجي الذي تحاول مايكروسوفت إنشاء أجزاء من الإلكترونات لتخزين المعلومات في أماكن متعددة في وقت واحد، مما يجعلها أكثر استقرارًا وأقل عرضة للتدمير. وقال المحلل هوبكنز إنه أقل قوة مما يحاول منافسوه بناءه، لكن النتيجة ستكون خطوة كبيرة إلى الأمام في مجال الحوسبة الكمومية بأكمله.
وقال هوبكنز "إنهم يقامرون ويعتقد الكثير من الناس أنهم لن ينجحوا أبدا".
وعلى الجانب الأكثر ميلاً إلى المغامرة، تراهن الشركات الناشئة مثل IonQ وD-Wave على التقنيات المتطورة مثل محاصرة الأيونات والتليين الكمي. ببساطة، إنهم يحاولون بطرق مختلفة تحقيق أداء واستقرار أكبر من كل كيوبت، باستخدام أساليب جديدة تمامًا.
وقال مارك جونسون، نائب رئيس تصميم وتطوير المعالجات والمنتجات الكمومية في D-Wave، لموقع Business Insider: “يسمح لنا هذا ببناء حاسوب كمي يحل المشكلات المعقدة ويتقدم باستمرار في القيام بذلك”.
أحد علماء الكم في شركة IBM يسير عبر مركز IBM Q للحوسبة في مركز أبحاث Thomas J. Watson في يوركتاون هايتس، نيويورك. الصورة: كوني تشو لشركة IBM
الشركات الناشئة الكمومية
أثارت الطفرة في الحوسبة الكمومية موجة من اهتمام المستثمرين بالشركات الناشئة ذات الصلة. يقدر روبرت سوتور من شركة IBM أن هناك حوالي 100 برنامج وجهاز كمي وحتى شركة استشارية ناشئة حول العالم. وهذا صغير مقارنة بسوق الشركات الناشئة الضخم، ولكنه أكبر بكثير من ذي قبل.
قال مونرو من IonQ: "لقد كنت في هذا المجال لفترة طويلة، منذ البداية". — لفترة طويلة كانت في مهدها، حتى قبل 5-8 سنوات، جذبت الانتباه وجذبت استثمارات ضخمة. لقد أصبح من الواضح أن الوقت قد حان."
كريس مونرو، الرئيس التنفيذي والمؤسس المشارك لشركة IonQ الناشئة للحوسبة الكمومية. الصورة: أيون كيو
البعض، مثل ريجيتي، على استعداد للتنافس مع عمالقة التكنولوجيا من خلال رقائقهم الكمومية وأنظمة الحوسبة الكمومية المتطورة.
وقالت بيتسي ماسيلو، نائبة رئيس المنتجات في ريجيتي، لموقع Business Insider: "إنه جوهر عملنا". — هناك العديد من الشركات في الفضاء الكمي تعمل على تطبيقات برمجية في مجال الحوسبة الكمية. نحن ننتج الرقائق الدقيقة ونبني أنظمة الحوسبة.
يقول ماثيو كينسيلا، المدير الإداري لشركة مافريك فنتشرز، إنه متفائل في مجال الحوسبة الكمومية. وقد ذهبت شركته إلى حد الاستثمار في شركة ColdQuanta، وهي شركة تصنع المعدات المستخدمة في الأنظمة الكمومية. ويتوقع أن تتفوق أجهزة الكمبيوتر الكمومية على أنظمة اليوم في غضون خمس إلى عشر سنوات. تراهن شركة Maverick Ventures على المدى الطويل.
"أنا أؤمن حقًا بالحوسبة الكمومية، على الرغم من أن الأمر قد يستغرق وقتًا أطول من المتوقع قبل أن يصبح الكمبيوتر الكمي أفضل من الكمبيوتر التقليدي في حل المشكلات اليومية. وقال كينسيلا: "من المرجح أن نرى فوائد أجهزة الكمبيوتر الكمومية في حل المشكلات صغيرة النطاق في السنوات القليلة المقبلة".
مختبرات أنظمة 2000Q التابعة لشركة D-Wave. الصورة: دي ويف
ويتوقع كينسيلا، مثل المحللين الذين تحدثنا إليهم، ما يسمى "الشتاء الكمي". يحذر الخبراء من أنه قد يكون هناك ضجيج حول أجهزة الكمبيوتر الكمومية، لكن الناس يرفعون آمالهم. الآلات ليست مثالية بعد، وسوف تمر سنوات قبل أن يرى المستثمرون النتائج.
في المنظور
وحتى فيما هو أبعد من التفوق الكمي، يؤكد لنا الخبراء أنه لا يزال هناك مكان لأجهزة الكمبيوتر التقليدية وأجهزة الكمبيوتر العملاقة. وحتى ذلك الحين، لا تزال هناك مشكلات تتعلق بالتكلفة والحجم والموثوقية وقدرة المعالجة يجب حلها قبل أن نتمكن من مناقشتها.
وقال المحلل بريس: "نحن بحاجة إلى أن نأخذ نفسا". "هناك الكثير من الأشياء المثيرة التي تحدث في هذا المجال والتي تستغرق وقتًا طويلاً." إنه تكتل من الفيزياء وعلوم الكمبيوتر، وبصراحة، التحليل العلمي. لن نضطر إلى دراسة هذا إذا كنا نعرف جميع الإجابات، ولكن هناك الكثير من العمل البحثي في المستقبل."
حاسوب ريجيتي الكمي. الصورة: ريجيتي
ومع ذلك، بالنسبة للكثيرين فمن الواضح أن هذا هو المستقبل. تمامًا كما لم يدرك صانعو أول كمبيوتر مركزي أن هذا سيؤدي في النهاية إلى المزيد من الهواتف الذكية بحجم كف اليد. يمكن أن يكون الكمبيوتر الكمي هو الخطوة الأولى على مسار جديد تمامًا.
قليلون، مثل نائب رئيس حوكمة الشركات في مايكروسوفت، تود هولمدال، متفائلون بما يكفي ليقولوا إنها يمكن أن تكون أكثر أهمية من الذكاء الاصطناعي والتعلم الآلي اليوم. وكان يقول لأطفاله إنه ينبغي عليهم القيام بما يحبونه، وأنه يمكنهم دائمًا الحصول على وظيفة في مجال الذكاء الاصطناعي. والآن سيقول الشيء نفسه عن الحوسبة الكمومية.
"هذا هو المجال الذي سوف يتطور. قال هولمدال: “نحن بحاجة إلى أشخاص لملئها والحفاظ عليها من الذبول”. "إنها تلعب دورًا مهمًا في جيلنا، مما يمنحنا الفرصة لخلق أشياء مذهلة في المستقبل."
المصدر: www.habr.com