الكيميائيون هم أول من يقدر فوائد أجهزة الكمبيوتر الكمومية

الكمبيوتر الكم من D-Wave

تعمل شركات كبيرة مثل Microsoft و Google و IBM الآن على إنشاء أنظمة الحوسبة الكمومية. تمكن المتخصصون في هذا الأخير من تطوير كمبيوتر كمومي 5 كيلو بايت. الآن توفر IBM الوصول إليها كخدمة تسمى IBM Quantum Experience . صحيح ، لا يمكن لجميع المطورين العمل مع هذا الكمبيوتر ، ولكن تم نشر البرامج الخاصة به بالفعل ووضعها في المجال العام. يُعتقد أن أنظمة الحوسبة الكمومية ستجعل معظم خوارزميات التشفير التقليدية (RSA ، DSA ، ECDSA) عديمة الفائدة ، نظرًا لأن أجهزة الكمبيوتر الكمومية التي تستخدم خوارزمية Shore يمكنها التقاط حتى أكثر التشفير تعقيدًا في جزء من الثانية.

يعد مطورو أجهزة الكمبيوتر الكمومية بتحقيق تقدم حقيقي ، بسبب نمو أداء الكمبيوتر ، في العديد من المجالات العلمية. الفيزياء النووية والرياضيات والطب والتشفير والكيمياء ليست سوى قائمة صغيرة من الصناعات التي يمكن أن تكون فيها هذه الأنظمة في متناول اليد. أما بالنسبة للكيمياء ، فمن المحتمل أن تبدأ أجهزة الكمبيوتر الكمومية الأولى في العمل في هذا المجال.

سيساعدون العلماء على تطوير مركبات كيميائية جديدة ، لفهم الميزات التي يجب أن تحتوي عليها الموصلات الفائقة ذات درجة الحرارة العالية ، ولإنشاء عقاقير فعالة جديدة. حتى النظام الكمي الصغير يمكن أن يساعد الكيميائيين في دراسة المركبات الكيميائية المختلفة والتفاعلات بينها. يستخدم الكيميائيون المعاصرون الآن أجهزة كمبيوتر قوية لمحاكاة التفاعلات الكيميائية المعقدة المختلفة. وستوفر أنظمة الحوسبة الكمومية للعلماء أدوات أكثر فعالية للعمل في هذا المجال.

سكوت كراودر ، المتحدث باسم آي بي إم ، واثق من أن الكيميائيين سيكونون من بين أول ، إن لم يكن الأول ، الذي يقدر فوائد أجهزة الكمبيوتر الكمومية على الأنظمة التقليدية. كما تفيد أجهزة الكمبيوتر الكمومية الصغيرة هنا: "نعتقد أن الأنظمة الصغيرة ستستخدم في الكيمياء" ، كما يقول كراودر.

كما ذكر أعلاه ، استخدم العلماء منذ فترة طويلة محاكاة التفاعلات الكيميائية والمركبات الفردية لتطوير مواد جديدة ، والأدوية ، وإنشاء مركبات كيميائية غير مسبوقة. يمكن لنموذج الكمبيوتر الذي يستخدمه العلماء تقليل تكلفة التجربة وتقليل الوقت اللازم للبحث. على سبيل المثال ، في مجال مثل إنشاء المضادات الحيوية ، يحتاج المتخصصون إلى سنوات لتطوير وتقديم أدوية فعالة إلى السوق.

لسوء الحظ ، فإن قدرات الأنظمة الحديثة وحتى الإنتاجية للغاية محدودة. والحقيقة هي أن أجهزة الكمبيوتر التقليدية لا يمكنها محاكاة بعض شروط ميكانيكا الكم عندما يكون الإلكترون ، على سبيل المثال ، موجودًا في وقت واحد في مكانين. تم تصميم أجهزة الكمبيوتر العادية للتكنولوجيا الثنائية ، حيث يعني فتح أو غلق بوابة أشباه الموصلات واحدًا أو صفرًا. أما بالنسبة للأنظمة الكمومية ، فهي تستخدم مفاهيم ميكانيكا الكم مثل التراكب والتشابك.

يعتقد آلان أسبورو- غوزيك ، أستاذ الكيمياء في جامعة هارفارد ، أنه بمساعدة هذه الأنظمة فقط يمكن للمرء الحصول على اختراق حقيقي في مجال إنشاء جزيئات الانارة للشاشات أو البطاريات القابلة لإعادة الشحن من نوع جديد. الآن يبحث العلماء وأعضاء فريقه عن الجزيئات والمواد الضرورية ، لكن عليهم العمل "يدويًا" ، باستخدام طريقة التجربة والخطأ ، واختيار المركبات والمواد اللازمة. يمكن للحاسوب الكمومي أن يزيد بشكل كبير من كفاءة هذا العمل.



إن ظهور مثل هذه الأنظمة في حياتنا هو مسألة المستقبل القريب. كما ذكر أعلاه ، طورت شركة IBM حاسوب كمومي 5 كيلو بايت. اشترت Google مثل هذا النظام من D-Wave ، وواصلت التطوير بمفردها. لعدة سنوات ، درس المتخصصون في الشركة طريقة التلدين الكمي وإمكانية تطبيقها.

حققت Microsoft أيضًا بعض النجاح في هذا المجال ، الذي يدعم أجهزة الكمبيوتر الكمومية البسيطة نسبيًا. علاوة على ذلك ، يقوم المتخصصون في الشركة بتطوير نظام هجين ، مع الأساليب التقليدية للحساب و "الحشو" الكمي ، والذي يسمح بمحاكاة مرور التفاعلات الكيميائية. تقول Microsoft أن المتخصصين في الشركة يرغبون في البحث عن الموصلات الفائقة عالية الحرارة.

إذا تمكن العلماء حقًا من إنشاء كمبيوتر كمومي يعمل ، فسيكون هناك طلب كبير بالتأكيد. بعد كل شيء ، فقط نظام من هذا النوع يمكنه تغيير العالم حرفياً. لذا ، يمكن لأجهزة الكمبيوتر الكمومية أن تحل بشكل فعال للغاية ما يسمى بـ "مشكلة البائع المتجول" ، والتي تتكون من إيجاد المسار الأكثر ربحية الذي يمر عبر هذه المدن مرة واحدة على الأقل مع العودة اللاحقة إلى المدينة الأصلية. ستعمل فئة جديدة من أنظمة الحوسبة على تحسين عمليات الأعمال ، وتحديد العوامل التي تؤثر على المناخ في منطقة معينة ، أو أداء العديد من المهام الأخرى ، بما في ذلك مجالات مثل التعلم الآلي.

وفقًا لكريس مونرو ، الأستاذ بجامعة ماريلاند والمؤسس المشارك لـ IOnQ "بدء التشغيل الكمومي" ، أصبحت الحوسبة الكمومية في نفس مرحلة التطور تقريبًا مثل الترانزستورات الأولى في وقتها. وهذه المنطقة تتطور تدريجياً. على سبيل المثال ، بدأت شركة D-Wave Systems في بيع جهاز الكمبيوتر D-Wave 2000Q الذي تبلغ سعته 2000 بت في يناير من هذا العام. تم بيع النموذج الأول مقابل 15 مليون دولار. ربما في المستقبل القريب ، سيكون العلماء في جميع أنحاء العالم قادرين على التقدير الكامل لمزايا الأنظمة الكمية.

في غضون ذلك ، تواصل IBM و Microsoft و Google وشركات أخرى الاستثمار في أجهزة الكمبيوتر الكمومية ، على أمل الحصول على النتيجة في نهاية المطاف.