واحدة من المهام العلمية الرئيسية في عصرنا كانت السباق لإنشاء أول كمبيوتر كمومي مفيد. يشارك الآلاف من علماء الفيزياء والمهندسين فيها. يتم تطوير مفاهيمهم بواسطة IBM و Google و Alibaba و Microsoft و Intel. كيف يغير جهاز الحوسبة القوي عالمنا ، ولماذا هو مهم جدًا؟
تخيل للحظة: يتم إنشاء كمبيوتر كمومي كامل. أصبح عنصرا مألوفا وطبيعيا في حياتنا. لا يتم استخدام الحوسبة الكلاسيكية الآن إلا في المدرسة ، في دروس التاريخ. تعمل الآلات القوية في مكان ما في أعماق البرد ، مع وحدات الكبت بت لدعم عمل الروبوتات المزودة بذكاء اصطناعي. ينفذون كل الأشياء الخطرة والرتيبة بكل بساطة. أثناء المشي في الحديقة ، تنظر حولك وترى جميع أنواع الروبوتات. مخلوقات البشر المشي الكلاب ، بيع الآيس كريم ، وإصلاح الأسلاك ، اكتساح الأرض. بعض النماذج تحل محل الحيوانات الأليفة.
لقد أتيحت لنا الفرصة لكشف جميع أسرار الكون والبحث داخل أنفسنا. لقد وصل الطب إلى مستوى جديد - يتم تطوير عقاقير مبتكرة كل أسبوع. يمكننا التنبؤ وتحديد أين توجد الموارد النادرة ، مثل الغاز والنفط. تم حل مشكلة الاحتباس الحراري ، وتم تحسين طرق الحفاظ على الطاقة ، ولم يعد هناك اختناقات مرورية في المدن. لا يتحكم الكمبيوتر الكمي في جميع الأجهزة الآلية فحسب ، بل يوفر أيضًا حرية الحركة: يراقب الموقف على الطرق ويصحح الطرق ويعترض التحكم من السائقين إذا لزم الأمر. هذا ما قد يبدو عصر الكم.
الكم الذهب راش
آفاق التطبيق مذهلة ، لذلك الاستثمارات في التطورات الكمومية تنمو كل عام. بلغت قيمة سوق الحوسبة الكمومية 81.6 مليون دولار في عام 2018. يقترح خبراء Market.us أنه بحلول عام 2026 سيصل إلى 381.6 مليون دولار أمريكي. أي أنها ستزيد بمعدل 21.26٪ سنويًا من 2019 إلى 2026.
ويعزى هذا النمو إلى الاستخدام المتزايد للتشفير الكمومي في التطبيقات الأمنية ، ويعود ذلك إلى الاستثمارات من قبل الأطراف المهتمة في سوق الحوسبة الكمومية. بحلول بداية هذا العام ، وفقًا لتحليل أجرته المجلة العلمية Nature ، قام المستثمرون من القطاع الخاص بتمويل ما لا يقل عن 52 شركة تكنولوجيا الكم في جميع أنحاء العالم. يكافح اللاعبون الكبار مثل IBM و Google و Alibaba و Microsoft و Intel و D-Wave Systems لإنشاء كمبيوتر كم قابل للتطبيق عمليًا.
نعم ، في حين أن الأموال المتدفقة إلى هذا المجال سنويًا تمثل تكلفة بسيطة (للمقارنة: في عام 2018 ، بلغت الاستثمارات في منظمة العفو الدولية 9.3 مليار دولار أمريكي). لكن هذه الأرقام مهمة بالنسبة لصناعة غير ناضجة لا يمكنها حتى الآن التفاخر بمؤشرات الأداء.
حل مشاكل الكم
عليك أن تفهم أن التكنولوجيا لا تزال في مهدها. كان من الممكن إنشاء نماذج أولية فقط من الآلات الكمومية ، الأنظمة التجريبية الفردية. فهي قادرة على تنفيذ خوارزميات ثابتة ذات تعقيد صغير. تم إنشاء أول حاسوب ثنائي النواة في عام 1998 ، واستغرق الأمر البشرية لمدة 21 عامًا لتوصيل الأجهزة إلى المستوى المناسب ، ما يسمى "التفوق الكمومي". صاغ هذا المصطلح أستاذ معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا جون بريسكيل. وهذا يعني قدرة الأجهزة الكمومية على حل المشكلات بشكل أسرع من أجهزة الكمبيوتر الكلاسيكية القوية.
تم تحقيق تقدم كبير في هذا المجال بواسطة Google ومقرها كاليفورنيا. في سبتمبر 2019 ، أعلنت الشركة أن جهاز Sycamore الذي تبلغ سعته 53 كيلوبايت في 200 ثانية قد قام بعملية الحساب ، والتي كانت ستستغرق 10000 عام لأحدث أجهزة الكمبيوتر العملاقة. تسبب البيان بالكثير من الجدل. عارضت IBM بشكل قاطع هذه الحسابات. كتبت الشركة على مدونتها أن الحاسوب العملاق الخاص بشركة Summit سوف يفعل ذلك خلال 2.5 يوم. وكل ما نحتاج إليه هو زيادة سعة التخزين على القرص. على الرغم من أن الفرق في الواقع لم يكن هائلاً ، إلا أن Google كانت بالفعل أول من حقق "التفوق الكمي". وهذا معلم هام في أبحاث الكمبيوتر. ولكن ليس أكثر من ذلك. الفذ Sycamore هو لأغراض العرض التوضيحي فقط. لا يوجد لديه تطبيق عملي وغير مجدية لحل المشاكل الحقيقية.
المشكلة الرئيسية هي الأجهزة. إذا كانت بتات الحوسبة التقليدية لها قيمة 0 أو 1 ، فعندئذ في عالم كمي غريب ، يمكن أن تكون البتات في كلتا الحالتين في نفس الوقت. هذه الخاصية تسمى التراكب. تشبه وحدات البت (qubits) قمم الغزل: فهي تدور في اتجاه عقارب الساعة وعكس عقارب الساعة ، وتتحرك لأعلى ولأسفل. إذا وجدت هذا مربكًا ، فأنت في شركة رائعة. قال ريتشارد فاينمان ذات مرة: "إذا كنت تعتقد أنك تفهم ميكانيكا الكم ، فلن تفهمها". كلمات جريئة من رجل حصل على جائزة نوبل عن ... ميكانيكا الكم.
لذلك ، qubits غير مستقرة للغاية وتخضع للتأثيرات الخارجية. آلة تمر تحت نوافذ المختبر ، والضوضاء الداخلية لنظام التبريد ، وجسيم كوني عابر - أي تداخل عشوائي ، وأي تفاعل ينتهك التزامن الخاص بهم ويتخلصون. هذا كارثي بالنسبة للحوسبة.
والسؤال الرئيسي لتطوير الحوسبة الكمومية هو ما حل الأجهزة من بين العديد من التحقيق الذي سيضمن استقرار البتات. أي شخص يحل مشكلة انتهاك الاتساق ويجعل أجهزة الكمبيوتر الكمومية شائعة مثل وحدات معالجة الرسومات يحصل على جائزة نوبل ويصبح أغنى شخص في العالم.
الطريق إلى التسويق
في عام 2011 ، الشركة الكندية D-Wave Systems Inc. أول من يبيع أجهزة الكمبيوتر الكمومية ، على الرغم من أن فائدتها تقتصر على بعض المشكلات الرياضية. وفي الأشهر المقبلة ، سيتمكن ملايين المطورين من البدء في استخدام المعالجات الكمومية من خلال السحابة - وعدت شركة IBM بتوفير وصول إلى جهازها سعة 53 كيلوبت. حتى الآن ، بموجب البرنامج المسمى Q Network ، حصلت 20 شركة على هذا الامتياز. من بينها Samsung Electronics و automakers Honda Motor و Daimler وشركات الكيماويات JSR و Nagase والبنوك JPMorgan Chase & Co. وباركليز.
معظم الشركات التي تجرّب الحوسبة الكمومية اليوم تعتبرها جزءًا لا يتجزأ من المستقبل. مهمتهم الرئيسية الآن هي معرفة ما الذي ينجح في الحوسبة الكمومية وما لا ينجح. وكن أول من أدخل التكنولوجيا إلى العمل عندما يكون جاهزًا.
منظمات النقل. تقوم فولكس فاجن ، مع D-Wave ، بتطوير تطبيق كمي - نظام لمراقبة حركة المرور. سيمكن البرنامج الجديد منظمات النقل العام وشركات التاكسي في المدن الكبيرة من استخدام أسطولها بكفاءة أكبر وتقليل أوقات انتظار الركاب.
قطاع الطاقة. تضغط ExxonMobil و IBM على حوسبة الطاقة الكمومية. وهي تركز على تطوير عدد من تقنيات الطاقة الجديدة ، وتحسين كفاءة الطاقة وتقليل انبعاثات غازات الدفيئة. إن نطاق وتعقيد المهام التي يواجهها قطاع الطاقة يتجاوز نطاق الحواسيب التقليدية الحديثة وهو مناسب تمامًا للاختبار على الكم.
شركات الأدوية. شراكة Accenture Labs مع 1QBit ، وهي شركة برمجيات كمومية. في غضون شهرين فقط من البحث ، واصلوا اختبار المفهوم - تطبيق نمذجة التفاعلات الجزيئية المعقدة على المستويات الذرية. بفضل قوة الحوسبة الكمومية ، أصبح من الممكن تحليل الجزيئات الكبيرة. ماذا سيعطي هذا المجتمع؟ الأدوية المبتكرة مع أقل الآثار الجانبية.
القطاع المالي. تستقطب التقنيات القائمة على مبادئ نظرية الكم اهتمام البنوك بشكل متزايد. إنهم مهتمون بمعالجة المعاملات والمعاملات وأنواع البيانات الأخرى بأسرع ما يمكن. تجري باركليز وجيه بي مورغان تشيس (مع IBM) ، وكذلك ناتويست (مع فوجيتسو) بالفعل تجارب تطوير البرمجيات المتخصصة.
إن اعتماد هذه الشركات الكبيرة وظهور رواد الكم المغامرين يتحدثون عن الجدوى التجارية للكم. نرى بالفعل كيف يتم استخدام الحوسبة الكمومية للمهام الواقعية - من تحسين كفاءة الطاقة إلى تحسين طرق المركبات. والأهم من ذلك ، أن قيمة التكنولوجيا سوف تنمو مع تطورها.