هل تكنولوجيا الكم كلها ضجيج؟

 

هل تكنولوجيا الكم مجرد ضجيج؟!

مع تحول كلمة “الكم” إلى واحدة من الكلمات الطنانة في هذا العقد، تحذر بعض الأصوات من أن إمكاناتها مبالغ فيها. ولكن ما هو الواقع؟

في ربيع عام 2019، ظهر حساب غامض يسمى Quantum Bullshit Detector على تويتر، والذي بدأ بالتعليق على جميع أنواع الأخبار في المشهد الكمي.

الإعلانات عن الإنجازات العلمية ، وتوقعات الصناعة ، والمحاضرات التي تلقيها جامعات رفيعة المستوى، تلقت جميعها كلمة واحدة من التعليق: “هراء”.

وفي مناسبات نادرة ، كان الرد أكثر قوة بعض الشيء: “ليس هراء”.

على الرغم من طبيعته المبتذلة، لا يبدو أن الحساب مجرد مزحة. وتكهن الخبراء والصحفيون على حد سواء بمن يقف وراء ذلك.

وعلى ما يبدو أن الملصق هو شخص على دراية كبيرة بالمصطلحات، مما يعني أنه من المؤكد تقريبًا أنه شخص من داخل المجتمع.

و نظرًا لأن الأشخاص المشاركين في تكنولوجيا الكم هم تقريبًا علماء على وجه الحصر، والذين، وفقًا لوصفهم الوظيفي، يحبون مناقشة الأفكار، فإن أسلوب الرواية المقتضب وعدم الرغبة في المناقشة جعل هذا اللغز أكثر حيرة.

بعد عدة أشهر من التعبير عن الآراء بأسلوب غير اعتذاري، كشف أستاذ علوم الكمبيوتر ديفيد ج. بروتون ، المعروف باسم سكوت آرونسون، عن نفسه باعتباره العقل المدبر وراء كاشف الهراء.

و المجتمع الكمي، على الرغم من دعمه للمبدأ الأساسي للحساب، لم يعجبه حقيقة أنه كان عرضًا فرديًا، مهما تم تنفيذه بشكل جيد. وهكذا تم إطلاق كاشف الهراء الكمي الديمقراطي . يحدد هذا الحساب ما إذا كان الشيء “هراء” أو “ليس هراء” عبر استطلاعات الرأي على تويتر .

ومن المثير للدهشة إلى حد ما، أن شركة كمومية ناشئة استحوذت على الكاشف الأصلي في أوائل عام 2021. وبعد فترة وجيزة، أوقفت عملياتها.

وعلى الرغم من أن النسخة الديمقراطية من كاشف الهراء، لا تزال نشطة، إلا أنها فشلت حتى الآن في اكتساب نفس القدر من الاهتمام مثل النسخة الأصلية.

ولهذا السبب، في هذا الوقت، لا يوجد كيان واحد يراقب الفضاء الكمومي. وفي غياب حكم واحد كهذا، ارتفعت الأصوات التحذيرية.

وبطبيعة الحال، يجب أن يؤخذ البعض على محمل الجد أكثر من البعض الآخر. لكن العديد من الأصوات المختلفة تتمسك بمجموعة واسعة من الآراء.

• بينما يعتقد البعض أن المجال الكمي برمته عبارة عن عملية احتيال عملاقة
• نجد آخرون يفترضون أننا قد لا نشهد اختراقات كبيرة خلال العقود القليلة القادمة
• ولا يزال آخرون يحذرون من أن الناس مهووسون كثيرًا بعدد الكيوبتات التي تمتلكها بعض أجهزة الكمبيوتر الكمومية والقليل جدًا بشأنها. نوعية تلك الكيوبتات.

 

إن تجاهل الحدود التكنولوجية الواعدة التي تم بناؤها على أسس علمية راسخة لعقود من الزمن، باعتبارها مجرد ضجيج، يبدو مبالغة.

ومع ذلك، مع ارتفاع حجم الاستثمارات العامة والخاصة في التكنولوجيا الكمومية في السنوات الأخيرة، فمن المنطقي إعطاء مساحة للأصوات التحذيرية لسماعها.

ورغم أنه من غير المرجح، فإنه ليس من المستبعد أن الجشع المبالغ فيه والتفكير الجماعي يجعل صناع السياسات ومستثمري القطاع الخاص يكتبون شيكات سهلة دون القيام بالعناية الواجبة.

إذن، هل يعتبر الكم مجرد ضجيج، أم أننا على حق في الإيمان بإمكاناته التحويلية؟

 

هل يبالغ الباحثون في الوعود؟ هل تفرط الحكومات في الاستثمار؟

 

وتكثر الأخبار عن أن الشركات الكمومية تجمع عدة ملايين من الدولارات، أو أن إحداها حققت اختراقًا آخر .

ولكن بالنسبة للأشخاص الذين ليس لديهم خلفية في فيزياء الكم أو في مجال ذي صلة، قد يبدو هذا بمثابة عملية احتيال عملاقة، جاهزة للانفجار في أي لحظة.

إن الوعود التي تقدمها الصناعة – من تطوير أدوية أفضل إلى بناء برمجيات أفضل للتمويل إلى إحداث ثورة في التشفير – قد تبدو بعيدة المنال ومبالغ فيها إلى درجة يصعب تصديقها.

و مهما كان الأمر بعيد المنال، إذا تم حل بعض المشكلات الرئيسية المتعلقة بالحواسيب الكمومية، فإن كل هذه الوعود سوف تتحقق. لكن هذه القضايا الرئيسية هي ما يجعل اللعبة معقدة.

لكي يكون الحاسوب الكمومي قابلاً للاستخدام، فإنه يحتاج إلى حوالي مليون كيوبت . الكيوبت هي وحدة كمومية للتخزين، تشبه البت الموجود في الكمبيوتر الكلاسيكي.

ولكن المشكلة الكبرى هي أن الكيوبتات غير مستقرة إلى حد كبير وعرضة للخطأ، وحتى الحصول على بضع مئات من الكيوبتات الخالية من الأخطاء يعد إنجازًا كبيرًا.

لكن التطورات الأخيرة تبدو مشجعة. يتضمن ذلك، على سبيل المثال لا الحصر:

• استخدام الهياكل النانوية للإلكترونيات الكمومية .
• والإثبات رياضيًا أن الذكاء الاصطناعي الكمي يعمل.
• وبناء أكبر كمبيوتر كمي حتى الآن .

 

إذا استمر التقدم كما كان الحال في السنوات القليلة الماضية، فسنكون في عصر الحوسبة الكمومية بحلول نهاية هذا العقد.

أنا أفهم مدى غرابة التوقعات حول الحوسبة الكمومية لشخص جديد في هذا المجال. ثم مرة أخرى، في تجربتي الشخصية، فإن شرح الفيزياء المتقدمة لشخص عادي دائمًا ما يجعلني أشعر وكأنني ساحر يحاول تعليم مبتدئ. على الرغم من مدى جنون نظريات الفيزياء في كثير من الأحيان، إلا أنها غالبًا ما تكون الأساس الذي تعتمد عليه التكنولوجيا اليوم.

على سبيل المثال، لن تتمكن من قراءة هذه المقالة على جهازك لولا فيزياء أشباه الموصلات. اللبنات الأساسية لأجهزة الكمبيوتر ومعظم الأجهزة الإلكترونية الأخرى هي الترانزستورات.

إنها تعمل كمفاتيح تشغيل وإيقاف تعمل على تشفير جميع بيانات الكمبيوتر. على سبيل المثال، يُترجم الحرف A إلى 01000001 في الرمز الثنائي؛ هذه هي ثمانية ترانزستورات حيث صفر يعني إيقاف التشغيل وواحد يعني تشغيل.

الترانزستورات بدورها مصنوعة من أشباه الموصلات. ولو لم يبدأ الفيزيائيون في الهوس بأشباه الموصلات في منتصف القرن الماضي، لكنا نعيش في عصر مختلف تمامًا اليوم – عصر بدون أجهزة كمبيوتر وأجهزة إلكترونية أخرى.

ليس هناك شك في أن الوعود والمبالغ المالية الكبيرة على المحك والتأييد الحكومي تضع المجال تحت ضغط لم يسبق له مثيل من قبل. لكن توقعي هو أنها سوف تزدهر تحت هذه الضغوط بدلاً من أن تنهار.

 

الكم يؤدي بالفعل إلى نتائج

 

سبب تفاؤلي بسيط: التكنولوجيا الكمومية قيد الاستخدام بالفعل! على سبيل المثال، التصوير المقطعي بالإصدار البوزيتروني هو إجراء طبي قياسي لمسح مناطق الجسم البشري.

المبدأ هو إعطاء كمية صغيرة من المادة المشعة عن طريق الوريد، ثم يتم اكتشاف اضمحلالها الإشعاعي لاحقًا.

في هذا الاضمحلال الإشعاعي، يصطدم البوزيترون (ومن هنا الاسم) بالإلكترون. أثناء الاصطدام، يصبح هذان الجسيمان فوتونين متشابكين.

قد يبدو هذا خياليًا للغاية، لكنه يعني فقط أن الجسيمين اللذين يصنعان الضوء مرتبطان ببعضهما البعض على المستوى الكمي.

أخيرًا، يتم التقاط الفوتونات وتشابكها في جهاز كشف. ولأننا نعلم أنها تنبعث بزاوية 180 درجة من بعضها البعض في موقع الاصطدام، فيمكننا حساب مكان هذا الموقع من موقع الفوتونات في الكاشف.

يصبح مجموع كل الفوتونات المتطابقة، التي يتم تتبعها إلى موقع الاصطدام، صورة لجزء من الجسم.

ومع ذلك، لا يعد هذا إنجازًا حديثًا: فقد تم استخدام التصوير المقطعي بالإصدار البوزيتروني منذ السبعينيات. ومع ذلك، فهو يستخدم تكنولوجيا الكم!

أحد المنتجات الأحدث للتكنولوجيا الكمومية هو الأرقام العشوائية . على الرغم من أن استخدام حاسوب عملاق مستقبلي لصنع كومة من الأرقام العشوائية تمامًا قد يبدو سخيفًا، إلا أن هذا المبدأ يكمن في قلب الكثير من عمليات التشفير الحديثة وعمليات المحاكاة الإحصائية.

تعد أجهزة الكمبيوتر الكمومية جيدة جدًا في صنع أرقام عشوائية لأن قياس الحالة الكمومية، كما يحدث في أجهزة الكمبيوتر الكمومية، يكون عشوائيًا بطبيعته .

تبيع شركة ID Quantique السويسرية الأرقام العشوائية التي تنتجها على أجهزة الكمبيوتر الكمومية، وهي واحدة من الشركات الكمومية القليلة التي تحقق أرباحًا حاليًا.

للمقارنة، لا تتوقع شركة IonQ ، وهي أول شركة مساهمة عامة تركز فقط على الحوسبة الكمومية، إيرادات أو أرباح كبيرة حتى عام 2024 أو 2025. وهذا يدل على مدى تقدم التكنولوجيا الكمومية في تطويرها.

ومع ذلك، فإن التصوير المقطعي بالإصدار البوزيتروني والأرقام العشوائية هما مجرد مثالين.

يمكننا أن نتوقع ظهور العشرات منها خلال العقد المقبل بسبب التقدم في بناء عدد أكبر وأفضل من الكيوبتات، وصنع البرمجيات الكمومية، والكم الهائل من المال والموهبة التي تنجذب نحو الكم وتجعل هذه الاختراقات ممكنة. ومع ذلك، فقد أثبتوا أن التكنولوجيا الكمومية قد بدأت بالفعل في الانتشار وتحقيق الأرباح.

 

الاختراقات الأخيرة وما لم يأت بعد

 

واحدة من أكثر الإنجازات إثارة في هذا المجال تأتي من جامعة تسوكوبا في اليابان.

حيث تمكن الباحثون هناك من إثبات تقنية “قفل الدوران”، وهي تقنية كمومية تسمح بإيجاد عيوب فراغ النيتروجين في الماس بدقة أعلى بكثير.

يمكن تعميم هذه التقنية على مواد أخرى، وبالتالي قد تساعد في تطوير العديد من المشاريع في علم المواد.

ويتضمن ذلك تصميم بطاريات أفضل لأجهزة الكمبيوتر، وخلايا شمسية أفضل، ومواد أفضل للاستخدام اليومي مثل الملابس والألعاب.

كما استخدم الباحثون في جامعتي أكسفورد وبرمنغهام تكنولوجيا الكم لتصنيع أشعة الليزر ذات الذرة الباردة .

يمكن أن تساعد هذه في صنع ساعات ذرية أكثر دقة من تلك التي لدينا اليوم. قد يساعد هذا في جعل تقنيات مثل نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) أكثر دقة وقد يساعد أيضًا في البحث عن المزيد حول المادة المظلمة وموجات الجاذبية .

أخيرًا، تمكن فيزيائيون من معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا وجامعة هارفارد من بناء حاسوب كمي بـ 256 كيوبت .

يعد هذا إنجازًا كبيرًا، لأنه على الرغم من أنه لا يزال بعيدًا عن المليون كيوبت التي نود رؤيتها في المستقبل، إلا أنه أقرب ما وصلنا إليه حتى الآن.

وبما أنه من المتوقع أن يزداد عدد الكيوبتات المتاحة بشكل كبير، فإن هذا التطور يعد علامة أخرى على أننا قد نحصل على أجهزة كمبيوتر كمومية كبيرة بحلول نهاية العقد .

يمكننا أن نتوقع زيادة العدد القياسي للكيوبتات في السنوات القادمة. لكن الأمر المثير بنفس القدر هو ظهور البرمجيات الكمومية.

في الوقت الحالي، تستحوذ شركات الأجهزة الكمومية على أكثر من 90% من إجمالي الاستثمار في هذا المجال.

ومع ذلك، في مرحلة ما، سيرغب شخص ما في استخدام كل هذه الموارد، أليس كذلك؟ مثل العديد من الخبراء، أتوقع أننا سنشهد اختراقات ناشئة في التعلم الآلي الكمي، والمحاكاة الكمومية، والحسابات المستوحاة من الكم في هذا العقد.

قد يساعد هذا في صنع مواد أفضل، وأدوية أفضل، ونظام تحديد المواقع العالمي (GPS) أكثر دقة، من بين فوائد أخرى.

 

ما يمكن توقعه للمضي قدمًا

 

بفضل التطورات في تكنولوجيا قفل الدوران، من المتوقع حدوث تحسينات في علوم المواد في المستقبل القريب.

قد يكون لهذا آثار على المنتجات الكيميائية وتصنيع المواد. في هذا الوقت، تعتبر الأبحاث والهندسة الكيميائية تجريبية إلى حد كبير، ولكن بمساعدة أجهزة الكمبيوتر الكمومية، يمكننا ضبط خصائص الجزيء دون الحاجة إلى عملية التجربة والخطأ المكلفة.

تمتد هذه التكنولوجيا أيضًا إلى اكتشاف الأدوية. بدأت شركات الأدوية بالفعل في توظيف متخصصين في مجال الكم.

يقوم هؤلاء الباحثون بإعداد الخوارزميات والبنية التحتية اللازمة لتكون قادرة على محاكاة جزيئات الدواء وما تفعله في الأجسام البشرية.

في المستقبل، قد يساعد هذا في تقليل الوقت المستغرق في فحص الجزيئات في أطباق بيتري، وقد يؤدي أيضًا إلى تقصير التجارب السريرية بسبب القوة التنبؤية لأجهزة الكمبيوتر الكمومية.

وبصرف النظر عن الأدوية، تستعد صناعة التمويل لرؤية مكاسب كبيرة من الحوسبة الكمومية.

تعتبر الخوارزميات الكمومية جيدة بشكل استثنائي في حل مشكلات التحسين التي تنتشر في مجال التمويل.

لنأخذ على سبيل المثال محفظة استثمارية. قد يرغب المستثمرون في تعظيم عوائدهم عن طريق اختيار المزيج الصحيح من الأسهم والسندات والمنتجات المالية الأخرى.

في الوقت الحالي، يتم حل هذا النوع من المشكلات عن طريق فحص كل مزيج محتمل من المنتجات وحساب العائد.

ومع ذلك، مع الحوسبة الكمومية، سيكون الحل مشابهًا ولكنه أسرع كثيرًا . ومن الممكن أن يؤدي هذا الابتكار إلى إدارة أفضل للمحفظة في المستقبل، ولكنه قد يؤدي أيضاً إلى تحسين أسعار التأمين وتحسين التصنيف الائتماني.

قد يساعد هذا المستثمرين وصناديق التقاعد في الحصول على عوائد أفضل، ويحصل المؤمن عليهم على سعر أكثر عدلاً لتأميناتهم، ويحصل العديد من الأشخاص على درجة ائتمانية أكثر دقة.

وفي المستقبل، يمكننا أيضًا أن نتوقع مكاسب كبيرة في مجال التشفير. وهذا، في بعض النواحي، سيف ذو حدين.

قد تكون أجهزة الكمبيوتر الكمومية قادرة على كسر العديد من كلمات المرور الحالية ، ولكن يمكن للمرء أيضًا استخدام أجهزة الكمبيوتر الكمومية لجعل كلمات المرور المهمة أكثر أمانًا، مثل تلك التي تحمي الحسابات المصرفية أو البيانات الصحية الحساسة.

وفي غضون عقدين من الزمن، قد تحقق التقنيات الكمومية تطورات هائلة في العديد من الصناعات.

سيستفيد العديد من المستهلكين منها، لكنهم لن يروا في الواقع الكثير من النقاط الفنية الدقيقة.

ستكون الخدمات الكمومية مدمجة بعمق في المنتجات نفسها، ومن غير المرجح أن يستخدم الناس الكمبيوتر الكمي في غرف معيشتهم.

 

هل تحتاج إلى الكم في عملك؟

 

إذا كان لديك إشراف على مشروع واحد أو أكثر في شركتك، فقد تتساءل عما إذا كانت الحوسبة الكمومية مناسبة لك أم لا. إن تقييم هذا السؤال معقد للغاية، ولكن النهج الموصى به هو كما يلي:

 

هل يجب عليك استخدام تقنية الكم؟

 

• حدد أين توجد أكبر الاختناقات في عمليات الحوسبة لديك. إذا كانت هذه مهام مثل المحاكاة أو مشاكل التحسين، فقد تصبح الحوسبة الكمومية مفيدة لك.

 

• قم بتقييم مدى أهمية إزالة هذا الاختناق بالنسبة لك. يمنحك هذا فكرة عن الميزانية التي قد تتمكن من تخصيصها للتكنولوجيات الكمومية وغيرها.

 

• هل الاختناقات الخاصة بك هي مشاكل انخفاض البيانات؟ تعتبر التكنولوجيا الكمومية جيدة حقًا في كل شيء يتعلق بمجموعات البيانات الصغيرة. بالنسبة للبيانات الضخمة، تعد أجهزة الكمبيوتر الكلاسيكية أفضل.

 

• في بعض الأحيان، توجد مشكلة فرعية لا تتطلب الكثير من البيانات، حتى لو كانت المشكلة العامة تتطلب ذلك.

 

• إذا كان الأمر كذلك، فقد تكون الحوسبة الكمومية مفيدة لهذا الجزء الصغير. أعد تقييم الميزانية التي يمكنك تخصيصها في هذه الحالة.

 

• هل هناك حل كمي متاح يمكن أن يحل مشكلتك؟ (هذا بحث سريع على Google.) إذا كان الأمر كذلك، ما هي التكلفة؟ إذا لم يكن هناك حل حتى الآن، ما مدى احتمالية وجود حل في المستقبل القريب وما هي التكلفة التي قد تكلفه؟

 

وبطبيعة الحال، ما إذا كانت الحوسبة الكمومية مناسبة لأحد مشاريعك سيعتمد على حالتك الفردية. أنا بالتأكيد لا أحاول بيعه لك. ومع ذلك، فإن طرح هذه الأسئلة قد يساعدك على اكتشاف الفرص قبل المنافسة.

 

سيكون التغيير جذريًا ولكنه سيستغرق وقتًا

 

على الرغم من المشاكل التي يواجهها العالم الكمي حاليًا، مثل انخفاض أعداد الكيوبتات والحاجة إلى المزيد من تصحيح الأخطاء الكمومية ، فأنا واثق تمامًا من أننا سنصل إلى هناك في النهاية.

وبطبيعة الحال، قد تنشأ مشاكل إذا تم تضخيم الكم مثلما حدث مع الذكاء الاصطناعي عندما يشارك الأشخاص في المحادثة عندما لا يكون لديهم أي فكرة حقيقية عن التكنولوجيا التي تقف وراءها. بدلاً من وضع كلمة “كمية” في كل ملخص وكل منتج لشركتك، ستحتاج إلى بذل العناية الواجبة وتوظيف أشخاص يعرفون حقًا ما يتحدثون عنه.

ومع ذلك، لا أرى الكثير من هذا المبالغة يحدث. وبدلاً من ذلك، أرى بعضًا من أذكى الأشخاص على هذا الكوكب يعملون على التكنولوجيا التي قد تحدث تغييرًا تحويليًا في العديد من الصناعات.

لكن ما يميز الكم هو أنه لن يكون مرئيًا للمستخدمين. إن التقنيات الناشئة الأخرى مثل الواقع الافتراضي، وإنترنت الأشياء، أو إلى حد ما، الذكاء الاصطناعي مرئية للغاية للمستهلك اليومي. ومن ناحية أخرى، سيتم إخفاء التكنولوجيا الكمومية عميقًا داخل المنتجات من خلال الخوارزميات والخدمات السحابية.

 

---

 

ختامًا:

يمكن القول أن الضجيج الكمي، إذا حدث، سيكون خطيرًا: فإذا وضع الجميع كلمة “كمية” على أي شيء يشبه الكم عن بعد – على غرار ما حدث مع العملات المشفرة والبيتكوين قبل بضع سنوات – فإن هذا يخاطر بجعل الصناعة تبدو وكأنها صناعة كمومية. غش.

ولحسن الحظ بالنسبة للتكنولوجيا الكمومية، كان الاستثمار النقدي والمصلحة العامة هائلين في السنوات الأخيرة، ولم يكن بأي حال من الأحوال غير متناسب بقدر ما أستطيع أن أقول.

ومع ذلك، من المهم الحفاظ على هدوء الأمور وعدم السماح للآخرين بإثارة الأمر أكثر من اللازم.

الخطر حقيقي. ونظرًا للمكاسب المحتملة للشركات والحكومات والمواطنين على حدٍ سواء، فإننا لا نريد حقًا أن تبدو التكنولوجيا الكمومية وكأنها عملية احتيال بعد بضع سنوات.

 

---

اقرأ أيضًا:

ما هي الحوسبة الكمومية: تعريفها، وكيفية استخدامها

نصائح للرؤساء التنفيذيين حول الحوسبة الكمومية

---