الحوسبة الكمومية لها لحظة. لكن التكنولوجيا مستقبلية

ليس لديها ضجة كبيرة في الذكاء الاصطناعي ، ولكن الحوسبة الكمومية لها لحظة خاصة بها.

بعض من أقوى المؤسسات في العالم ، بما في ذلك جوجلو Microsoftو أمازونو IBM وحكومة الولايات المتحدة ، تنفق ملايين الدولارات في سباق لتطوير وبناء أول كمبيوتر كمي عملي.

تجتذب الشركات الناشئة التي تركز على التكنولوجيا الكمومية حوالي 2 مليار دولار العام الماضي ، وفقًا ل تقرير ماكينزي وشركاه، حيث يتراكم المستثمرون في صناعة قد يكون لها إيرادات ما يقرب من 100 مليار دولار في غضون عقد من الزمان.

لا يوجد الكثير من الأعمال اليوم. في المجموع ، حققت شركات الحوسبة الكمومية أقل من 750 مليون دولار من الإيرادات في عام 2024 ، وفقًا للتقرير نفسه.

لكن أكثر وأكثر ، نسمع عن اختراق كبير.

في العام الماضي ، Microsoft كشف النقاب أول شريحة كمية لها ، مديري Google التنفيذيين قال قد تكون التكنولوجيا على بعد خمس سنوات فقط ، أمازون عرض معالج الكم الذي يصنع الأخطاء و IBM محدد خطتها لبناء كمبيوتر الكم ذي معنى بحلول عام 2029.

الانضمام إليهم هي عشرات من الشركات الصغيرة والجامعات التي تعمل على الرياضيات أو البرمجيات أو نموذج الأعمال المحتمل. حتى يتم تداول بعض الشركات علنًا ، ويمكنها رؤية أسهمها ترتفع أو تنهار بناءً على نواة من الأخبار.

في يناير ، نفيديا الرئيس التنفيذي جنسن هوانغ أرسلت أسهم الحوسبة الكمومية ترنح عندما قال إن 15 عامًا كانت “على الجانب المبكر” في النظر في المدة التي ستستغرقها قبل الحوسبة الكمومية ستكون مفيدة. وقال في ذلك الوقت إن 20 عامًا كانت إطارًا زمنيًا “سيؤمن مجموعة كاملة منا”.

بعد شهرين ، هو مشى التعليقات ، لكنها أعربت أيضًا عن دهشتها بأنها نقلت الأسواق ، أو أنه كان هناك حتى أسواق يتم نقلها.

“كيف يمكن أن تكون شركة كمبيوتر الكم عامة؟” وقال هوانغ في مارس.

في الوقت الحالي ، لا يوجد أي شيء مفيد يمكن لأجهزة الكمبيوتر الكمومية القيام به. انهم بحتة للبحث.

لكن الوعد واضح. إذا نجحت هذه التكنولوجيا ، فيمكنها تحطيم أنواع معينة من الأرقام والقيام ببعض المهام المستحيلة حاليًا على جهاز كمبيوتر تقليدي ، أو يتطلب الكثير من الوقت الذي سينتهي فيه الكون قبل اكتماله.

لتخيل جهاز كمبيوتر الكم ، يجب عليك تغيير الطريقة التي تفكر بها بشكل أساسي في ما يعنيه حسابه.

يعمل الكمبيوتر التقليدي لأن هناك مليارات الترانزستورات على كل شريحة. يمكن أن تكون هذه الترانزستورات أو الأصفار – أو خارجها. بأعداد كبيرة ، يمكن أن تمثل الترانزستورات كل عدد تقريبًا ، وتشير إلى أجزاء من ذاكرة النظام ، وتفعل الحساب. هكذا يعمل كل جهاز كمبيوتر في العالم اليوم.

في جهاز كمبيوتر الكم ، يستخدم النظام Qubits بدلاً من الترانزستورات. إنه أكثر تعقيدًا من تلك والأصفار. سواء تم تحديد أو إيقاف تشغيل Qubits بواسطة ميكانيكا الكم ، وجميع Qubits “متشابكة” ، مما يعني أن التغيير في أحدهم سيؤثر على احتمال الآخرين.

قد يتطلب جعل عمل Qubits بنية تحتية كبيرة. على سبيل المثال ، يجب تشغيل بعض أجهزة الكمبيوتر الكمومية في درجات حرارة باردة للغاية ، بالقرب من الصفر المطلق.

حتى الآن ، يتعلق الكثير من تطبيقات الكم بمحاكاة الكيمياء والفيزياء.

وقال Krysta Svore ، نائب رئيس Microsoft Advanced Quantum Development: “لن تكون أجهزة الكمبيوتر الكم هي حساب الاختيار لكل تطبيق ، وهذا جيد”. “حتى لو استخدمنا فقط أجهزة الكمبيوتر الكم لعلوم المواد والكيمياء ، فإن 96 ٪ من السلع المصنعة في العالم تعتمد على الكيمياء وعلوم المواد.”

يقلق باحثو الأمن بشأن ما يسمونه س اليوم، أو اليوم الذي يتم فيه إنشاء كمبيوتر كمي فعال. إنهم يتوقعون الفوضى عندما تبدأ كلمات المرور والتشفير في الفشل بشكل غامض.

وقال البيت الأبيض في عام 2022: “إلى جانب فوائدها المحتملة ، تشكل الحوسبة الكمومية أيضًا مخاطر كبيرة على الأمن الاقتصادي والوطني للولايات المتحدة”. مذكرة الأمن القومي. وقالت المذكرة إن جهاز كمبيوتر الكم ذو الصلة التشفير “يمكن أن يعرض الاتصالات المدنية والعسكرية للخطر ، ويقوض أنظمة الإشراف والسيطرة على البنية التحتية الحرجة ، وهزيمة بروتوكولات الأمن لمعظم المعاملات المالية القائمة على الإنترنت”.

لا يوجد تطبيق عملي أو خوارزمية يمكن تشغيلها على جهاز كمبيوتر الكم الذي لا يمكن إنجازه اليوم على جهاز كمبيوتر رقمي عادي قائم على السيليكون.

ومع ذلك ، تقول عدة مجموعات إنها أثبتت “تفوق الكم” ، مما يشير إلى أنها تواجه مشكلة على جهاز كمبيوتر الكم الذي كان سيستغرق وقتًا أطول مع جهاز كمبيوتر تقليدي. كانت كل الإجراءات مجردة.

كانت Google أول من أعلن التفوق الكمي في عام 2019 ، حيث وصف إنجاز الكمبيوتر الكمي بأنه “معيارتسمى المهمة التي أجرتها أخذ عينات من الدائرة العشوائية ، والتي تستخدم بشكل أساسي فقط لاختبار أجهزة الكمبيوتر الكم.

تقول Google إن الباحثين أعطوا تعليمات عشوائية الكمبيوتر لجعل مشكلة معقدة تحت ميكانيكا الكم قدر الإمكان. تمكن الباحثون بعد ذلك من إظهار أن الكمبيوتر الكم أسرع في فك تشفير مشكلة الكم. في العام الماضي ، قالت Google إن جهاز الكمبيوتر الكمي الجديد الذي قام بتوسيع الفجوة في الأداء.

فيما يتعلق بتطبيقات العالم الواقعي المستقبلي ، فإن معظم إمكانات أجهزة الكمبيوتر الكمومية موجودة في مجال أبحاث الطب والكيمياء والمواد.

تشير Google إلى اكتشاف المخدرات ، أو إيجاد جزيئات يمكن أن تكون أدوية مفيدة. كما يقول أن أجهزة الكمبيوتر الكم ستتمكن من القيام بالعلوم اللازمة لتسويق طاقة الانصهار.

عندما أعلنت Microsoft أول شريحة كمية لها في فبراير ، سلطت الشركة الضوء على مشاكل علوم الكيمياء والمواد ، مثل سبب تآكل بعض المواد ، أو كيفية سماد البلاستيك.

هناك أيضًا بعض التفاؤل بأن أجهزة الكمبيوتر الكمومية ستكون مناسبة تمامًا لإنشاء بيانات التدريب لتطبيقات الذكاء الاصطناعي ، خاصةً في المواقف أو المشكلات التي تعاني من عدد كبير من الحلول المحتملة.

باحث في جوجل يحافظ على صفحة ويب هذا الفهرسة العديد من خوارزميات الكم البارزة.

الأكثر شهرة خوارزمية شور، والتي أظهرت أن الكمبيوتر الكم سيكون قادرًا على إيجاد عوامل رئيسية لعدد كبير أسرع بكثير مما هو ممكن حاليًا على جهاز كمبيوتر رقمي.

عندما تم اكتشاف الخوارزمية في عام 1994 ، أشعلت بعض القلق من الجيوش حول العالم. يستخدم الكثير منهم طريقة تشفير تسمى RSA ، والتي تحتاج إلى عملية تحديد أعداد كبيرة لتكون صعبة من أجل الحفاظ على سرية البيانات.

“بدون تخفيف فعال ، يمكن أن يكون تأثير الاستخدام العدائي للكمبيوتر الكمومي مدمرًا [national security systems] وأمتنا ، “البنتاغون قال في عام 2021.

اعترفت Microsoft بعامل الأمن القومي ، وقد وضعت حتى الأمن الكمومي كسباق ضد الصين.

“بينما يعتقد معظمهم أن الولايات المتحدة لا تزال تشغل منصبًا رئيسيًا ، لا يمكننا استبعاد إمكانية وجود مفاجأة استراتيجية أو أن الصين قد تكون بالفعل في مجال التكافؤ مع الولايات المتحدة” كتب في منشور مدونة في أبريل.

قادت الحكومة محاولة لنقل التشفير إلى ما يسمى أساليب ما بعد الربع ، والتي لا يمكن كسرها بواسطة جهاز كمبيوتر الكم. شركات مثل تفاحة بدأت بالفعل في دمج تشفير ما بعد الربع في خدماتها مثل iMessage.

لكن الاتصالات السابقة لا تزال تحتوي على أسرار. غالبًا ما تقوم وكالات الاستخبارات والمتسللين الآخرين بجمع البيانات المشفرة في توقع أنه يمكن فك تشفيرها في يوم من الأيام.

في الوقت الحالي ، لا يزال الكثير من العمل في الكم أكاديميًا إلى حد ما.

تعمل معظم شركات الأجهزة المتقدمة اليوم على “تصحيح الخطأ” ، أو مجموعة متنوعة من الطرق التي تهدف إلى تقليل عدد الأخطاء ، وجعلها أقل ضررًا عند حدوثها.

في أجهزة الكمبيوتر الكمومية الحالية ، تفشل Qubits في كثير من الأحيان من أصل 1000 مرة يتم استخدامها ، وفقًا للباحثين في Microsoft. Microsoft قال في الأسبوع الماضي ، تمكنت من تقليل معدل الخطأ بمقدار 1000 مرة بفضل نهج جديد.

تم الإعلان عن العديد من التحسينات في تصحيح الخطأ على مدار العام الماضي ، وهو أحد الأسباب التي تجعل الباحثين والمهندسين واثقين بشكل متزايد من أنهم سيكونون قادرين على بناء كمبيوتر الكم.

العدد التالي لمعالجة هو زيادة أجهزة الكمبيوتر.

تحتوي رقاقة Willow الجديدة من Google على 105 Qubits. رقاقة Microsoft Majorana لديها ثمانية. تخطط IBM Starling للحصول على 200 Qubits. رقاقة أمازون Ocelot لديها 14 Qubits. في السنوات القادمة ، يجب أن تسير هذه الأرقام. يقول Google و Microsoft إن الكمبيوتر الكم مفيدًا حقًا سيحتاج إلى مليون ربع.

يشاهد: تصل الحوسبة الكمومية إلى نقطة انعطاف