هل يكون الحاسوب الكمومي فائق القوة مُصيبًا دائمًا؟ ربما لا. إليك كيفية اكتشاف ذلك (دون انتظار 9000 عام).

نعيش في عصر "التفوق الكمي"، أو هكذا يُقال لنا. الوعد هو بآلات قادرة على حل مسائل في ثوانٍ، تستغرق أفضل الحواسيب العملاقة آلاف السنين لحلّها. كل هذا رائع، لولا مفارقة منطقية واقتصادية صغيرة ومزعجة: إذا قدّم حاسوب كمي إجابة لا يستطيع أي حاسوب آخر التحقق منها، فكيف لنا أن نضمن أنه ليس ببساطة "مُختل عقليًا"؟

إنها المشكلة التقليدية المتعلقة بالمتحكم والمتحكم به. حتى الآن، للتحقق من صحة بعض الحسابات الكمية، كان السبيل الوحيد هو الاعتماد على الحواسيب الفائقة الكلاسيكية لإجراء عمليات محاكاة يمكن أن تدوم إلى الأبد. لكن تقدمًا هائلًا جاء من أستراليا، وتحديدًا من جامعة سوينبرن للتكنولوجيا ، حيث طورت مجموعة من الباحثين طريقةً لكشف الأخطاء الكمية في دقائق معدودة، باستخدام حاسوب محمول بسيط ^.1 والمفاجآت، كما سنرى، ليست معدومة.

مفارقة التحقق المستحيل

تُبشّر الحوسبة الكمومية بثورات في الطب والتشفير والفيزياء. ومع ذلك، مع تسارعنا نحو بناء أجهزة تجارية أكبر حجمًا، تُطرح تساؤلات حول موثوقيتها.

يُلخص ألكسندر ديليوس، الباحث في مركز سوينبورن لنظرية العلوم والتكنولوجيا الكمومية ، المسألة بالواقعية البراجماتية:

هناك مجموعة من المشاكل التي لا يستطيع حتى أسرع حاسوب عملاق في العالم حلها إلا إذا كنت مستعدًا للانتظار ملايين أو مليارات السنين. يتطلب التحقق من صحة الحواسيب الكمومية أساليب لمقارنة النظريات والنتائج دون انتظار الأعمار الجيولوجية.

الحل: من الحاسوب العملاق إلى الحاسوب المحمول

ركز الباحثون على نوع محدد من الأجهزة: جهاز أخذ العينات البوزونية الغاوسية (GBS) . يستخدم هذا النظام الفوتونات (جسيمات الضوء) لتوليد حسابات احتمالية بالغة التعقيد، ودراسة التوزيع الإحصائي (الغاوسي) لهذه الفوتونات ومقارنته بسلوك أجهزة الكمبيوتر الأخرى.

تكمن الميزة الجديدة في استخدام طريقة إحصائية متقدمة (تمثيل P الإيجابي مع تقنيات التجميع ) تُمكّننا من التحقق من صحة توزيع النتائج حتى باستخدام حاسوب كمي فائق القدرة. إليكم مقارنة دقيقة من حيث الموارد والوقت:

الدش البارد: قضية "بورياليس"

ولإثبات فعالية طريقتهم، قام الفريق بتحليل البيانات من تجربة حديثة أجريت على الكمبيوتر الكمي "بورياليس "، والذي أظهر أداءً يتمتع بـ"الميزة الكمية".

كانت نتائج التدقيق، على أقل تقدير، مثيرة للاهتمام. أظهر التحليل أن توزيع الاحتمالات الذي قدمه الحاسوب الكمومي لم يطابق الهدف المثالي. بمعنى آخر، كان هناك "تشويش" غير متوقع، ما يعني أن النتائج لم تبدُ دقيقة إحصائيًا كما هو متوقع.

على الرغم من أن آلات مثل بورياليس تتميز بسرعات مذهلة، إلا أن التحليل كشف عن تناقضات جوهرية مع "الحقيقة الأساسية" النظرية. لولا طريقة التحكم الجديدة هذه، لكانت هذه الأخطاء قد مرت دون أن تُلاحظ لآلاف السنين.

الحاسوب الكمومي

تصحيح الأخطاء هو "التفوق" الحقيقي

وتُعد آثار الدراسة بالغة الأهمية بالنسبة لصناعة التكنولوجيا وللمستثمرين الذين يتطلعون إلى هذا القطاع:

• الكفاءة تتغلب على القوة الغاشمة: الطريقة المُطوّرة فعّالة حسابيًا. حساب الاحتمالات مباشرةً (باستخدام خوارزميات كلاسيكية تحسب هافنيان ) مُكلف للغاية ومُعرّض لأخطاء التقريب. تتغلب طريقة سوينبورن على هذه العقبة.
• حقيقة الضوضاء: التجارب الحالية بعيدة كل البعد عن الكمال. تُظهر البيانات أنه بمجرد إدخال فقدان التماسك (فقدان السمات الكمية) وتطبيق التصحيحات، تظهر التناقضات.
• المستقبل يكمن في التصحيح: فبدلاً من التركيز فقط على أجهزة أكثر قوة، يبدو أن الطريق نحو تحقيق ميزة الكم التجارية يكمن في تصحيح الأخطاء . يمكن لطريقة سوينبورن أن تعمل كنظام تغذية راجعة، فتخبر الآلة: "أنت تفعل شيئًا خاطئًا هنا، صحّح المعاملات".

باختصار، لا يكفي الركض بسرعة إذا كنت تسير في الاتجاه الخاطئ. فالتحقق الفعّال هو الجسر الضروري بين النظرية الأكاديمية وحاسوب كمّي مفيد وموثوق، والأهم من ذلك، قابل للتطبيق تجاريًا.

الأسئلة والأجوبة

لماذا لا نستطيع استخدام أجهزة الكمبيوتر العادية للتحكم في الأجهزة الكمومية؟

تعمل الحواسيب الكمومية وفقًا لمبادئ احتمالية بالغة التعقيد تتزايد أُسيًا. ولمحاكاة والتحقق بدقة مما يفعله معالج كمي (مثل وحدة معالجة البيانات الكمومية) في حل مشكلة معقدة، يستغرق حاسوب فائق كلاسيكي (مثل فوجاكو الياباني) آلاف السنين. تفتقر الحواسيب الكلاسيكية إلى قوة الحوسبة "المتوازية" اللازمة للتعامل مع هذا الكم الهائل من المتغيرات في زمن البشر.

ماذا اكتشفت دراسة الكمبيوتر بورياليس بالضبط؟

كشفت الدراسة أن نتائج بورياليس، رغم سرعة توليدها، احتوت على أخطاء جسيمة. لم يتطابق توزيع احتمالية المخرجات مع النموذج النظري الأمثل "للحقائق الأساسية". هذا يعني وجود "تشويش" غير متوقع في النظام (تداخل يُضعف الحساب) لم يُحلل أو يُصحح سابقًا، مما يُشكك في دقة النتيجة النهائية.

ما هو الهدف العملي لهذا الاكتشاف؟

يُسهم هذا في جعل الحوسبة الكمومية تقنية تجارية حقيقية، وليست مجرد نظرية. فبدون نظام سريع للتحقق من الأخطاء (في دقائق بدلًا من آلاف السنين)، لن نتمكن أبدًا من الاعتماد على الحسابات الكمومية في تطبيقات بالغة الأهمية، مثل تطوير الأدوية الجديدة أو الأمن السيبراني. تُمكّننا هذه الطريقة من تشخيص الأخطاء ومعايرة الآلات للحفاظ على دقتها.

المقال " هل الحاسوب الكمومي فائق القدرة على صواب دائمًا؟ ربما لا. إليك كيفية اكتشاف ذلك (دون انتظار 9000 عام)" مأخوذ من Scenari Economici .