جيم كلارك ، مدير أجهزة الكم في شركة إنتل ، مع أحد معالجات الكم في الشركة. الصورة. إنتل- تعد أجهزة الكمبيوتر الكمومية تقنية مثيرة للغاية لها وعد بإنشاء قدرات حوسبة قوية لحل المشكلات التي لم تكن قابلة للحل سابقًا.
- يزعم الخبراء أن IBM كانت رائدة في مجال الحوسبة الكمومية ، لذا فإن Google و Intel و Microsoft والعديد من الشركات الناشئة تحت تأثيرها.
- ينجذب المستثمرون إلى الشركات الناشئة في مجال الحوسبة الكمومية ، بما في ذلك IonQ و ColdQuanta و D-Wave Systems و Rigetti ، الذين سيكونون قادرين على تغيير هذا السوق.
- ومع ذلك ، فهناك مشكلة كبيرة: فالقواعد الحديثة للحاسبات الكمومية ليست قوية ولا يمكن الاعتماد عليها مثل أجهزة الكمبيوتر العملاقة الحالية ، كما أنها تحتاج إلى شروط خاصة لبدء التشغيل والتحميل.
في كانون الثاني (يناير) ، أحدثت شركة IBM نجاحًا كبيرًا عندما أعلنت عن إصدار IBM Q System One ، وهو أول نموذج للكمبيوتر الكمي في العالم متاح للأعمال. تم وضع الجهاز في غلاف زجاجي أملس من 9 أقدام مكعبة.
هذا هو معلم هام لأجهزة الكمبيوتر الكم ، التي لا تزال موجودة في مختبرات البحوث. وفقًا لشركة IBM ، ينوي المشترون بالفعل استخدام هذه التكنولوجيا ، والتي تبشر بالخير في مختلف المجالات: الكيمياء ، وعلوم المواد ، وإنتاج الأغذية ، وصناعة الفضاء الجوي ، وتطوير الأدوية ، والتنبؤ بسوق الأوراق المالية ، وحتى في مكافحة تغير المناخ.
IBM Q System One. الصورة: آي بي إمسبب الاضطراب هو أن الكمبيوتر الكمومي له خصائص سحرية تبدو تسمح له بمعالجة مزيد من المعلومات بشكل كبير. ليس الكمبيوتر الكمومي مجرد كمبيوتر سريع للغاية ، بل إنه نموذج حوسبة مختلف تمامًا يتطلب إعادة التفكير بشكل جذري.
سيكون الفائز في سباق التكنولوجيا هو الشركة التي تستفيد من الفرص التي توفرها هذه التكنولوجيا. تعتمد كل من IBM و Microsoft و Google وعمالقة التكنولوجيا الآخرين ، وكذلك الشركات الناشئة ، على هذه التقنية.
قام Business Insider بطرح سؤالين على نائب رئيس IBM Q Strategy and Ecosystem ، Bob Syutor ، حول كيفية جعل هذه الأنظمة في متناول الناس: كيف سيتمكن الناس من الوصول إليها؟ كيف يمكن للعديد من الناس تعلم كيفية استخدام أجهزة الكمبيوتر الكمومية لإنجاز مهامهم؟
هناك فرصة ضئيلة لرؤية أجهزة الكمبيوتر الكم في المكتب في أي وقت قريب. يعتقد الخبراء الذين تحدثنا إليهم أنه على الرغم من توفرهم من شركة IBM ، إلا أنها ستستغرق خمس إلى عشر سنوات أخرى قبل أن تصبح الحوسبة الكمية هي السائدة بالفعل. نظام IBM Q System One متاح حاليًا فقط كخدمة حوسبة سحابية للعملاء المحددين. سوف يستغرق الأمر بعض الوقت قبل أن يتمكن شيء من هذا القبيل من الحصول على عمل والوصول إليه لأغراض شخصية.
في الواقع ، يدعي الخبراء أن أجهزة الكمبيوتر الكمومية لديها توقعات كبيرة ، لكنها بعيدة عن الإنتاج الضخم. فهي هشة للغاية وتتطلب ظروف عمل خاصة. علاوة على ذلك ، فإن أجهزة الكمبيوتر الكمومية اليوم ليست موثوقة وليست بنفس قوة أجهزة الكمبيوتر الموجودة لدينا بالفعل.
وقال Business Clider ، مدير الأجهزة الكمومية في شركة Intel: "نعتقد أنه خلال حوالي عشر سنوات ، سيغير الكمبيوتر الكمومي حياتك أو الكمبيوتر الخاص بي". - في الواقع ، نحن فقط في الميل الأول من الماراثون. هذا لا يعني أننا لسنا قلقين بشأن هذا ".
ما هو الكمبيوتر الكم؟
قال بيل غيتس ذات مرة إن الرياضيات الكامنة وراء الكم كانت خارج فهمه ، لكن لم يتفق الجميع.
يقول كريس مونرو ، الرئيس التنفيذي لشركة IonQ والمؤسس المشارك لها ، إن "فكرة أن فيزياء الكم هي فيزياء ومعقدة للغاية ، هي فكرة خاطئة إلى حد ما". "ما يجعلها غير مفهومة للعديد من الناس هو أنها غير مفهومة ، لكنها أيضًا غير مفهومة بالنسبة لي ، كما هي بالنسبة لك". إذا كان هناك شيء ما في حالة تراكب ، فهذا يعني أنه يمكن أن يكون في ولايتين في نفس الوقت. هذا غريب لأننا لا نواجه هذا في العالم الحقيقي. "
تعرض أجهزة الكمبيوتر التي استخدمناها البيانات في شكل سلسلة 1 أو 0 تسمى الكود الثنائي. ومع ذلك ، يمكن للكمبيوتر الكمّي تمثيل البيانات في شكل 1 ، 0 ، والأهم من ذلك ، كلا الرقمين في نفس الوقت.
عندما يمكن أن يكون النظام في أكثر من دولة في وقت واحد ، فإن هذا يسمى "تراكب" - واحدة من الخصائص السحرية الظاهرة للحوسبة الكمومية. مبدأ أساسي آخر هنا هو "التشابك" ، وهو خاصية كمومية تسمح لجزيئين بالتحرك بشكل متزامن تمامًا ، بصرف النظر عن مدى انفصالهما ماديًا.
كما يوضح
مقال في مجلة Scientific American ، يتم الجمع بين هاتين الصفتين في جهاز كمبيوتر يمكنه التعامل مع بيانات أكثر بكثير في نفس الوقت من أي نظام في السوق اليوم.
يتم قياس قوة الكمبيوتر الكمومي بالكيلوبت ، وهي الوحدة الأساسية للقياس في الكمبيوتر الكمومي. بنفس الطريقة التي تحتوي بها أجهزة الكمبيوتر الحديثة على معالجات 32 بت أو 64 بت (مقياس لمقدار البيانات التي يمكن معالجتها في نفس الوقت) ، فإن الكمبيوتر الكمومي الذي يحتوي على عدد كبير من وحدات البايت لديه قدر أكبر بكثير من القدرة الحاسوبية.
داخل كمبيوتر الكم. الصورة: آي بي إمالجنة هي الحد
كل هذا يعني أن الكمبيوتر الكمومي يمكنه حل المشكلات التي كانت محدودة مسبقًا من خلال قوة المعالجة.
على سبيل المثال ، يمكن للكمبيوتر الكمومي حل مشكلة البائع المتجول المشهور من خلال طريقة خام - مهمة حسابية معقدة تتطلب البحث عن أقصر طريق بين عدة مدن قبل العودة إلى الوطن. يبدو الأمر بسيطًا ، ولكن إذا نظرت إليه من وجهة نظر رياضية ، يصبح العثور على المسار الأمثل الوحيد أكثر صعوبة عند إضافة المزيد من المدن إلى مساره.
بالطريقة نفسها ، يمكن للكمبيوتر الكمّي اجتياز المهام الأكثر صعوبة والأكثر صعوبة ، وتصفية كميات هائلة من البيانات المالية أو الصيدلانية أو المناخية من أجل إيجاد الحلول المثلى. في الواقع ، تتعاون D-Wave المبتدئة بالفعل مع فولكس واجن لتحليل أنماط الحركة والتخلص من قدر كبير من التداخل للوصول إلى الهدف.
وتناقش فائدتها في مجال التشفير. يستطيع الكمبيوتر الكمي إتقان طريقة التشفير ، مختلفة عن الشفرات المعروفة سابقًا ، والتي تتيح له فك تشفير أسرار الحالة بسهولة. هناك اهتمام كبير من جانب حكومات العالم بهذه الميزة المفيدة ، بينما يخشى النشطاء من أن ظهور الحوسبة الكمومية يمكن أن يدمر الخصوصية.
التحدي البدني
وقال ماثيو بريس ، نائب رئيس شركة جارتنر للبحث والتطوير: "بما أن الحوسبة الكمومية لا تزال في مراحلها الأولى ، فهناك الكثير من المعلومات التي لا تزال غير مثبتة". "لكن المشترين يبحثون بالفعل عن مجال لتحديد المزايا التنافسية للحوسبة الكمية لأعمالهم" ، كما يقول.
على الرغم من كل هذه الضجة ، يعتقد الخبراء أن أجهزة الكمبيوتر الكمومية بعيدة عن مكانتها الرائدة مثل أجهزة الكمبيوتر في الخمسينيات. بالطبع ، يكتسبون زخماً ، لكن ببطء.
وقال براين هوبكنز ، نائب الرئيس وكبير المحللين في شركة فورستر: "يمكن مقارنة الحوسبة الكمية بقطار يتحرك ببطء". - إذا تجاوزت بوصة واحدة في الثانية ، فستمر خلال شهر بالفعل بوصتين في الثانية. قريبًا ، سيبدأ التحرك بشكل أسرع. "
المشكلة الكبيرة الآن هي أن الكمبيوتر الكمومي لا يستطيع فعل أي شيء لا يستطيع الكمبيوتر التقليدي القيام به. تتطلع الصناعة إلى لحظة تسمى التميز الكمومي 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 ، إذا كان ذلك مفيدًا لأعمالهم". - لا يوجد نموذج يمكن أن يتقدم على الخوارزميات الكلاسيكية. نحتاج حقًا إلى الانتظار حتى تبدأ أجهزة الكمبيوتر الكمومية بالتحسن ".
تقوم كاتي بولي ، مسؤولة أبحاث IBM ، بفحص ناظم البرد التي تساعد أجهزة الكمبيوتر الكمومية في الحفاظ على درجة حرارة منخفضة. الصورة: آندي آرون ، آي بي إملا تزال هناك مشكلة كبيرة تتمثل في نقص الطاقة الحاسوبية. من المفترض أنه من أجل التفوق الكمي ، ستكون هناك حاجة إلى جهاز كمبيوتر بسعة 50 بت. على الرغم من أنه تم التغلب على هذا الإنجاز في المختبر ، إلا أنه غير مستقر ولا يمكن الحفاظ عليه. في الواقع ، يمكن أن تتعرض البتات للخطأ أو تكون غير 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 البيئة حتى تعمل ، وتتطلب درجات حرارة منخفضة جدًا. حتى أضعف الاهتزازات يمكن أن تؤدي إلى تدمير البتات ، مما يؤدي بهم إلى الخروج من التراكب ، تمامًا كما يتسبب الطفل ، الذي يطرق على الطاولة ، في سقوط العملات المعدنية على الطاولة.
تعد أجهزة الكمبيوتر الكمومية السابقة ، مثل IBM Q System One ، مرهقة للغاية بحيث أصبحت ظروف العزل والتبريد اللازمة مشكلة حقيقية. تتفاقم هذه المشكلة بسبب عدم وجود المكونات اللازمة: الكابلات فائقة التوصيل والثلاجات ذات درجة الحرارة المنخفضة. هم في نقص شديد.
في نهاية المطاف ، هذا يعني أنه في الوقت الذي يتم فيه تحسين المعرفة وتطوير التكنولوجيا ، فإن الحوسبة الكمية لا تزال مستحيلة من الناحية العملية.
وقال كلارك من إنتل: "إحدى المشكلات في مجموعة العمل الخاصة بي هي التلاعب بالمواد والسليكون والمعادن حتى نتمكن من خلق بيئة متجانسة للغاية". - هذا هو في الأساس أفضل تكنولوجيا أشباه الموصلات. التقنيات التي نحتاجها لإنشاء الحوسبة الكمومية على نطاق واسع ليست موجودة بعد ".
مشكلة أخرى هي أن أجهزة الكمبيوتر الكمومية لديها إمكانات لا يمكن إنكارها لتوفير طاقة حوسبية غير متوقعة. ومع ذلك ، في هذا العالم ، لا يوجد الكثير من الأشخاص الذين لديهم بالفعل خبرة في البرمجة أو إدارة هذه الأنظمة ، ويحاول المشترون المحتملون المفتونون معرفة كيفية استخدامها فعليًا.
سباق الكم الكبير
يزعم المحللون أن IBM تقود حاليًا سباق الحوسبة الكمومية بسبب التوافر التجاري المحدود لنظام IBM Q System One. نظرًا لأنه يمكن الوصول إليه عبر السحابة ، يمكن لـ IBM دعم هذه الشروط الخاصة حتى يعمل هذا الكمبيوتر الكمومي مع السماح للعملاء المحددين باستخدامه.
وقال المحلل بريس "أعتقد أن [كمبيوتر الكم IBM] يتأرجح". "أعتقد أن نموذج الحوسبة الكمية كخدمة هو النموذج الصحيح". من خلال وضعها في حاوية والتعامل مع مهام محددة ، فإنها تحاول فعلاً تحسين جودتها. "
تعمل كل من سارة شيلدون وبات هيوم من آي بي إم على ثلاجة تعمل على تبريد أجهزة الكمبيوتر الكمومية. الصورة: آي بي إمفي الوقت نفسه ، يلاحظ المحللون أن أي من اللاعبين في هذا السوق يمكن أن يحقق انفراجة في أي لحظة من شأنه أن يسمح له بالتحرك إلى الأمام ، وأن هذا لا يزال منافسة ضرورية.
عمالقة تكنولوجيا المعلومات المختلفة لديها نهج مختلف لهذه المشكلة. تقوم Intel و IBM و Google و Rigetti بدء تشغيل الحوسبة الكمومية ببناء أنظمة قائمة على دوائر فائقة التوصيل تعتمد على أجهزة الكمبيوتر الحديثة.
تتبع
Microsoft نهجًا مختلفًا تمامًا وربما أكثر خطورة ، في محاولة لإنشاء نمط أفضل. إن البظر الطوبولوجي الذي تحاول Microsoft إنشاء إلكترونات جزء منه لتخزين المعلومات في عدة أماكن في نفس الوقت ، مما يجعلها أكثر استقرارًا وأقل عرضة للتدمير. وفقًا للمحلل هوبكنز ، فإن هذا أقل موثوقية مما يحاول منافسيه خلقه ، لكن النتيجة ستكون خطوة مهمة للأمام في مجال الحوسبة الكمومية بأكمله.
يقول هوبكنز: "لقد شاركوا في مقامرة ويعتقد الكثيرون أنهم لن ينجحوا أبدًا".
بالنسبة للمغامرات ، تراهن الشركات الناشئة مثل IonQ و D-Wave على التقنيات المتقدمة مثل التقاط أيون والتلوين الكمي. ببساطة ، يحاولون بطرق مختلفة لتحقيق أداء واستقرار أكبر من كل مرة ، باستخدام طرق جديدة تمامًا.
وقال Business Insider Mark Johnson ، نائب رئيس قسم تصميم وتطوير المعالجات ومنتجات الكم في D-Wave: "يتيح لنا ذلك إنشاء كمبيوتر كمومي يحل المشكلات المعقدة ويتقدم باستمرار في هذا".
يتجول أخصائي تكنولوجيا الكم في شركة IBM في مركز IBM Q للحوسبة في مركز توماس جيه واتسون للأبحاث في يوركتاون هايتس ، نيويورك. الصورة: كوني تشو لشركة آي بي إمالشركات الناشئة الكم
أثارت الطفرة في الحوسبة الكمومية موجة من اهتمام المستثمرين في الشركات الناشئة ذات الصلة. وفقًا لروبرت Syutor من شركة IBM ، هناك حوالي 100 شركة ناشئة في عالم البرامج الكمومية والأجهزة وحتى الاستشارات. هذا صغير مقارنة بسوق بدء التشغيل الضخم ، ولكنه أكثر من ذي قبل.
وقال مونرو من IonQ: "لقد كنت في هذا العمل لفترة طويلة جدًا ، منذ البداية". - لفترة طويلة ، كان في مراحله الأولى ، حتى قبل 5-8 سنوات لفتت الانتباه وجذبت استثمارات ضخمة. أصبح من الواضح أن الوقت قد حان ".
كريس مونرو ، الرئيس التنفيذي والمؤسس المشارك لشركة IonQ ، شركة ناشئة للحوسبة الكمومية. الصورة: IonQالبعض ، مثل ريجيتي ، مستعدون للقتال على قدم المساواة مع عمالقة التقنية ، وتحطيم رقائق الكم الخاصة وأنظمة الحوسبة الكمومية المتطورة.
وقال Business Insider Betsy Masiello ، نائب رئيس المنتجات في Rigetti: "هذا هو أساس عملنا". - في الفضاء الكمومي ، هناك العديد من الشركات التي تعمل على تطبيقات البرمجيات في مجال الحوسبة الكمومية. نحن تصنيع الدوائر الصغيرة وبناء أنظمة الحوسبة ".
يقول ماثيو كينسيلا ، المدير الإداري لشركة مافريك فنتشرز ، إنه متفائل بشأن مجال الحوسبة الكمومية. لقد ذهبت شركته إلى حد الاستثمار في ColdQuanta ، وهي شركة تصنع المعدات المستخدمة في الأنظمة الكمومية. في غضون خمس إلى عشر سنوات ، يتوقع أن تتجاوز أجهزة الكمبيوتر الكمومية أنظمة اليوم. حققت مافريك فنتشرز رهانًا طويل الأجل.
أنا أؤمن حقًا بالحوسبة الكمومية ، على الرغم من أن الأمر قد يستغرق وقتًا أطول من المتوقع قبل أن يصبح الكمبيوتر الكمومي أفضل من الكمبيوتر التقليدي للمهام اليومية. على الأرجح في السنوات القليلة المقبلة ، سنحصل على فوائد أجهزة الكمبيوتر الكمومية في حل المشكلات الصغيرة ".
مختبر أنظمة D-Wave 2000Q الصورة: مد الموجةكينسيلا ، مثل المحللين الذين تحدثنا إليهم ، تحسباً لما يسمى بـ "الشتاء الكمي". قد يكون هناك ضجة حول أجهزة الكمبيوتر الكم ، ولكن الناس يطمئنون أنفسهم ، ويحذر الخبراء. السيارات ليست مثالية بعد ، وسوف تمر سنوات قبل أن يرى المستثمرون النتائج.
في المنظور
حتى بعد التفوق الكمومي ، يؤكد لنا الخبراء أنه لا يزال هناك مجال لأجهزة الكمبيوتر التقليدية وأجهزة الكمبيوتر العملاقة. حتى ذلك الحين ، لا تزال هناك مشكلة يجب حلها من حيث التكلفة والحجم والموثوقية وقوة المعالجة قبل أن نتمكن من مناقشتها.
وقال المحلل بريس "يجب أن تأخذ نفسا". "هناك الكثير من الأشياء المثيرة التي تستغرق بعض الوقت في هذا المجال." هذه مجموعة من الفيزياء وعلوم الكمبيوتر والتحليل العلمي بصراحة. لن نضطر إلى دراسة هذا الأمر إذا عرفنا جميع الإجابات ، ولكن في المستقبل سيكون لدينا قدر كبير من العمل البحثي. "
كمبيوتر ريجيتي الكم. الصورة: ريجيتيومع ذلك ، بالنسبة للكثيرين ، من الواضح أن هذا هو المستقبل. تمامًا كما لم يدرك مُصنعو أول حاسوب مركزي أن هذا سيؤدي في النهاية إلى زيادة عدد الهواتف الذكية المحمولة بحجم كف اليد. يمكن أن يكون الكمبيوتر الكمومي الخطوة الأولى على مسار جديد تمامًا.
قليلون ، مثل نائب رئيس مايكروسوفت لحوكمة الشركات تود هولمدال ، متفائلون بما يكفي ليقولوا أنه يمكن أن يكون أكثر جدوى من الذكاء الاصطناعي والتعلم الآلي اليوم. اعتاد أن يخبر أطفاله أنهم يجب أن يفعلوا ما هم متحمسون وأنه يمكنهم دائمًا الحصول على وظائف في مجال الذكاء الاصطناعي. الآن سوف يقول نفس الشيء عن الحوسبة الكمومية.
"هذا مجال سوف يتطور. نحن بحاجة إلى ملء الناس وعدم تركه يذبل ". "إنه يلعب دورًا مهمًا لجيلنا ، مما يجعل من الممكن خلق أشياء مذهلة في المستقبل."