أعلنت شركة جوجل مؤخرًا أنها حققت تقدمًا كبيرًا في مجال الحوسبة الكمومية، حيث قامت شريحة الذكاء الاصطناعي الكمي الجديدة "Willow" بحل معادلة في 5 دقائق قد يستغرق إكمالها جهاز كمبيوتر تقليديًا لمدة عام. وقد أثار هذا الإنجاز اهتمامًا واسع النطاق في المجتمع العلمي والتكنولوجي العالمي، كما أثار مناقشات ساخنة حول الحوسبة الكمومية وارتباطها بنظرية الأكوان المتوازية. ستتناول هذه المقالة التفاصيل التقنية لشريحة "Willow"، وأهمية اختراق أدائها، والجدل والثناء المحيط بنتائجها.
أعلنت شركة جوجل مؤخرًا أنها حققت إنجازًا كبيرًا في مجال الحوسبة الكمومية، الأمر الذي جذب اهتمامًا كبيرًا من مجتمع التكنولوجيا العالمي. قامت أحدث شريحة الذكاء الاصطناعي الكمي الخاصة بهم بحل معادلة تتطلب من جهاز كمبيوتر عادي أن يعمل بشكل مستمر لمدة تريليون تريليون سنة (سنة واحدة) في 5 دقائق فقط. هذا الفارق المذهل في السرعة يكفي لصدمة أي شخص.
الاختناقات والاختراقات في الحوسبة الكمومية
على الرغم من أن الحوسبة الكمومية تبدو متطورة ورائعة، إلا أنها واجهت منذ فترة طويلة مشكلات عدم الاستقرار. لا تتبع الجزيئات الصغيرة قواعد الأشياء اليومية، وحتى الرقائق الأكثر تقدمًا يمكن أن تفشل بسبب اضطرابات طفيفة في حالتها الهشة. وقد حاول الباحثون استغلال هذه الطبيعة غير المنتظمة لعقود من الزمن، ولكن ما أعاقهم هو حقيقة أن الأخطاء تتراكم بسرعة كبيرة جدًا ويصعب تصحيحها.
توفر تقنية تصحيح الأخطاء الكمومية حلاً ممكنًا، ولكنها تأتي مع تعقيداتها الخاصة. فهو يتطلب نشر المعلومات بين الكيوبتات المتعددة، وهي الوحدات الأساسية للبيانات الكمومية، وهو أمر بسيط من الناحية النظرية ولكنه يتحول إلى تحدي معقد في الممارسة العملية. إذا كان هناك عدد كبير جدًا من الكيوبتات، يصبح من الصعب الحفاظ على معدل الخطأ أقل من حد حرج معين.
حتى وقت قريب، لم يتمكن أحد من إثبات إمكانية تقليل معدلات الخطأ إلى ما دون النقطة الحرجة بالنسبة للتعليمات البرمجية المصممة خصيصًا للتوسع. تغير بنية الرقاقة الكمومية الجديدة من Google ذلك.
الأداء المذهل لرقائق "الصفصاف".
ووصف عالم الكم هارتموت نيفين، مؤسس مختبر جوجل للذكاء الاصطناعي الكمي، أداء شريحة ويلو بأنه "مذهل". وأضاف أن نتائج حساباتها عالية السرعة "تدعم فكرة أن الحوسبة الكمومية تحدث في العديد من الأكوان المتوازية". ذكر المقال أيضًا عالم الفيزياء بجامعة أكسفورد ديفيد دويتش، الذي افترض أن التطوير الناجح لأجهزة الكمبيوتر الكمومية يمكن أن يدعم "تفسير العوالم المتعددة" لميكانيكا الكم ووجود أكوان متعددة.
كان دويتش رائدًا في الحوسبة الكمومية منذ سبعينيات القرن الماضي. وكان الغرض من بحثه حول الحوسبة الكمومية هو التحقق من نظريته حول الكون المتعدد.
مفهوم الأكوان الموازية
الأكوان المتوازية، والمعروفة أيضًا باسم الأكوان البديلة أو الأكوان المتعددة، تشير إلى احتمال وجود حقائق أخرى إلى جانب واقعنا. تخيل أن كوننا هو مجرد فقاعة واحدة في فقاعة كونية ضخمة، كل فقاعة هي كون مختلف له قوانينه الفريدة في الفيزياء، والتاريخ، وحتى نسخ مختلفة من أنفسنا.
يستكشف العلماء هذا المفهوم من خلال نظريات مثل الكون المتعدد، والتي تشير إلى احتمال وجود عدد لا يحصى من الأكوان الأخرى، ولكل منها مجموعة من الاحتمالات الخاصة به. وبينما لم نتمكن بعد من العثور على دليل ملموس على وجود أكوان متوازية، إلا أن الفكرة تثير مناقشات مثيرة للاهتمام حول طبيعة الواقع وما يكمن وراء ما نراه ونفهمه حاليًا.
الجدل والثناء يتعايشان
ومع ذلك، فإن عالم الفيزياء الفلكية الذي تحول إلى مؤلف، إيثان سيجل، لا يتفق مع جوجل. واتهم جوجل بـ "الخلط بين مفاهيم غير ذات صلة، وكان ينبغي على نيفين أن تعلم ذلك".
وأوضح سيغل أن نيفين خلط بين الفضاء الرياضي الذي تحدث فيه ميكانيكا الكم ومفاهيم الأكوان المتوازية والأكوان المتعددة. وفقا لسيغل، حتى لو نجحت أجهزة الكمبيوتر الكمومية، فإنها لن تكون قادرة على إثبات وجود أكوان موازية.
وعلى الرغم من الخلاف، أشاد سيجل بإنجاز جوجل مع شريحة ويلو، واصفًا إياها بأنها "تقدم رائع حقًا في الحوسبة الكمومية". وهو يعتقد أن هذا الاختراق يمكن أن يساعد في حل بعض أكبر مشاكل الأرض، مثل اكتشاف أدوية جديدة، وتصميم بطاريات أفضل للسيارات الكهربائية، وتطوير الاندماج ومصادر الطاقة الجديدة.
وأعربت نيفين عن نفس التفاؤل قائلة: "إن العديد من هذه التطبيقات المستقبلية التي ستغير قواعد اللعبة ليست ممكنة على أجهزة الكمبيوتر التقليدية؛ فهي تنتظر أن يتم فتحها من خلال الحوسبة الكمومية".
"الصفصاف" طفرة تكنولوجية في رقاقة
تعد شريحة "Willow" أحدث معالج فائق التوصيل صممه فريق الذكاء الاصطناعي الكمي في Google. على عكس الأجهزة القديمة التي كافحت للتحكم في الأخطاء، يدفع Willow بالأداء إلى منطقة جديدة، حيث يدعم التكنولوجيا المصممة لجعل تصحيح الأخطاء الكمي يفي بوعده حقًا.
ويحقق هذا النظام شروط نهج محدد يعرف باسم "الترميز السطحي". واجهت المحاولات السابقة عقبة في إضافة المزيد من الكيوبتات، لكن ويلو اخترقت هذا الحاجز.
مسافة الكود وتصحيح الخطأ الكمي
غالبًا ما تشير أطر تصحيح الأخطاء الكمومية إلى شيء يسمى "مسافة الكود". ببساطة، يمثل هذا عدد الكيوبتات المستخدمة لحماية كتلة من البيانات الكمومية. إذا تم استيفاء شروط معينة، فإن المسافات الأكبر (مثل زيادة مسافة الكود من 3 إلى 5 إلى 7) يجب أن تقلل من احتمال الفشل الإجمالي.
وفي الأجهزة الجديدة، ينخفض معدل الخطأ المنطقي إلى النصف مع كل مستوى إضافي من المسافة. لطالما كانت مثل هذه التحسينات هدفًا رئيسيًا للباحثين في مجال الحوسبة الكمومية.
وفقًا للنتائج المنشورة، قال عالم الكم هارتموت نيفين، مؤسس مختبر Google Quantum AI Lab: "أكمل ويلو حسابًا مرجعيًا قياسيًا في خمس دقائق، وهو أحد أسرع أجهزة الكمبيوتر العملاقة اليوم. وسيستغرق إكماله 10 سنوات".
أداء طويل الأمد وتصحيح الأخطاء في الوقت الحقيقي
إن إجراء اختبار لدورات قليلة فقط قد لا يكشف عن الصورة الكاملة لاستقرار النظام. تتغلب شريحة الكم الجديدة من Google على هذه المشكلة عن طريق رفع الأداء إلى مليون دورة. يحافظ الجهاز على أدائه دون العتبة على مدى فترات زمنية من شأنها أن تترك الأنظمة الأخرى في العادة تلهث للهواء. إن الحفاظ على دقة فك التشفير في الوقت الفعلي خلال هذه الفترة الطويلة من الزمن ليس بالمهمة السهلة.
قام الفريق الذي يقف وراء "Willow" بترتيب عملياته بحيث يمكن تطبيق التصحيحات على الفور. تضمن هذه الطريقة عدم خروج الشريحة عن المسار الصحيح.
وقال ساندر بيتشاي، الرئيس التنفيذي لشركة جوجل: "نرى أن ويلو خطوة مهمة في رحلتنا لبناء أجهزة كمبيوتر كمومية مفيدة".
أبعد من الاختناقات التقليدية
تستخدم أجهزة الكمبيوتر العملاقة التقليدية مليارات المفاتيح الصغيرة التي تعمل بطريقة مفهومة جيدًا للتعامل مع المهام المعقدة. في المقابل، تستغل أجهزة الكمبيوتر الكمومية ظواهر لا يمكن اختزالها في اختصارات كلاسيكية. حتى الآن، كانت المشكلة هي كيفية إبقاء الحالات الكمومية الحساسة حية لفترة كافية لإكمال حسابات ذات معنى.
مع ويلو، أظهر الفريق أن الكيوبتات يمكن أن تعمل معًا بطريقة لا تخرج الأخطاء عن نطاق السيطرة. يوضح العرض أن الرقائق الكمومية يمكنها التحرك نحو الحوسبة بشكل يتجاوز ما يمكن للأنظمة التقليدية التعامل معه.
مستقبل الحوسبة الكمومية
هدف جوجل هو استخدام الأجهزة التي يمكنها اجتياز اختبارات الموثوقية الصارمة لإثبات أن الحوسبة الكمومية لا تظل مشكلة لعبة إلى الأبد.
تشير زيادة مسافة الكود دون فقدان قدرات تصحيح الأخطاء إلى أن أعدادًا كبيرة من الكيوبتات قد تعمل يومًا ما على تشغيل الخوارزميات ذات الصلة بمهام العالم الحقيقي، مثل تسريع عمليات المحاكاة المعقدة، وتحسين عمليات اكتشاف الأدوية، واستكشاف طرق لتخزين الطاقة لمواد جديدة.
إن نجاح Willow في الوصول إلى معدلات خطأ دون الحد الأدنى على مدى فترات طويلة من الزمن قد يشجع جهود الصناعات التي كانت تنتظر أدلة قوية على أن الأجهزة الكمومية سوف تتطور إلى أداة جديرة بالثقة.
في حين أن تصحيح الأخطاء يصبح أمرًا روتينيًا، فإن الهدف من تصحيح الأخطاء الكمومية ليس القضاء على الأخطاء تمامًا، بل جعل الأخطاء نادرة جدًا بحيث يمكن للآلة إجراء العمليات الحسابية حتى النهاية.
إذا اعتمدت التصميمات المستقبلية على ميزات الاستقرار وقابلية التوسع في Willow، فربما يحدث هذا التصحيح يومًا ما في الخلفية، بشكل غير مرئي للمستخدمين. إن الوصول إلى هذا المستوى من التسامح مع الأخطاء قد يسمح لأجهزة الكمبيوتر الكمومية بالتعامل مع أعباء العمل بشكل يتجاوز نطاق الأجهزة الكلاسيكية. وهذا يكشف عن طرق عملية لتوسيع نطاق هذه الآلات المذهلة.
التعاون العالمي يدفع إلى تصحيح الأخطاء الكمومية
إن جهود Google Quantum AI والمجموعات العالمية الأخرى ليست معزولة. لقد اجتذب مجال تصحيح الخطأ الكمي انتباه العديد من الباحثين الذين يعملون على إيجاد مسارات للأجهزة العملية.
على مدار العقد الماضي، أظهرت الأبحاث أهمية بعض التصميمات الشبكية والكيوبتات المنطقية المرتبة في تخطيطات دقيقة. يُظهر Willow الآن أنه باستخدام بنية الشريحة الصحيحة ونظام تصحيح الأخطاء، يمكن تجاوز العتبة.
وهذا يجعل المجال بأكمله أقرب إلى بناء الآلات التي يمكنها حل المشكلات المفيدة. على الرغم من أن الرحلة لم تنته بعد، إلا أن جزءًا مهمًا من اللغز موجود بالفعل.
يمثل نجاح شريحة "Willow" من Google علامة فارقة مهمة في مجال الحوسبة الكمومية. وعلى الرغم من أنها لا تزال تواجه تحديات، إلا أن اختراقاتها في تصحيح الأخطاء وقابلية التوسع تمهد الطريق للتطبيق العملي لأجهزة الكمبيوتر الكمومية في المستقبل وتجلب الأمل في حل العديد من المشاكل العالمية. ولا شك أن هذه التكنولوجيا سيكون لها تأثير عميق على التطور التكنولوجي في المستقبل.