قطعت Google للتو نقلة نوعية في علوم الكمبيوتر. باستخدام جهاز كمبيوتر الكم الحديث للشركة ، المسمى Sycamore ، ادعت Google "التفوق الكمي" على أقوى أجهزة الكمبيوتر العملاقة في العالم من خلال حل مشكلة تعتبر مستحيلة تقريبًا للأجهزة العادية.
أكمل الكمبيوتر الكمومي الحساب المعقد في 200 ثانية. وكتب فريق الباحثين ، بقيادة جون مارتينيس ، فيزيائي تجريبي بجامعة كاليفورنيا ، سانتا باربرا ، في دراستهم التي نُشرت يوم الأربعاء (23 أكتوبر) مجلة الطبيعة.
وقال بروكس فوكسين الباحث في الدراسات العليا في مختبر مارتينيز في بيان "من المرجح أن وقت المحاكاة الكلاسيكية ، المقدر حاليا بـ10 آلاف سنة ، سيتم تقليصه من خلال الأجهزة والخوارزميات الكلاسيكية المحسنة". وأضاف: "بما أننا أسرع حاليًا بـ 1.5 تريليون مرة ، فإننا نشعر بارتياح عند المطالبة بهذا الإنجاز" ، في إشارة إلى تفوق أجهزة الكمبيوتر الكمومية.
تستفيد أجهزة الكمبيوتر الكمومية من الفيزياء الغريبة لميكانيكا الكم لحل المشاكل التي سيكون من الصعب للغاية ، إن لم يكن من المستحيل ، على أجهزة الكمبيوتر الكلاسيكية القائمة على أشباه الموصلات حلها.
الحساب الذي اختارته Google للتغلب على ذلك هو المعادل الكمي لإنشاء قائمة طويلة جدًا من الأرقام العشوائية والتحقق من قيمها مليون مرة. والنتيجة هي حل غير مفيد بشكل خاص خارج عالم ميكانيكا الكم ، ولكن له آثار كبيرة على قوة معالجة الجهاز.
القوة في عدم اليقين
تقوم أجهزة الكمبيوتر العادية بإجراء العمليات الحسابية باستخدام "بتات" المعلومات ، والتي ، مثل مفاتيح التشغيل والإيقاف ، يمكن أن توجد في حالتين فقط: إما 1 أو 0. تستخدم أجهزة الكمبيوتر الكمومية البتات الكمومية ، أو "الكوبتات" ، والتي يمكن أن تكون موجودة على حد سواء 1 و 0 في نفس الوقت. هذه النتيجة الغريبة لميكانيكا الكم تسمى حالة تراكب وهي المفتاح لميزة الكمبيوتر الكمومي على أجهزة الكمبيوتر الكلاسيكية.
على سبيل المثال ، يمكن أن يقوم زوج من البتات بتخزين واحدة فقط من أربع مجموعات ممكنة من الحالات (00 أو 01 أو 10 أو 11) في أي وقت معين. يمكن لزوج من وحدات البت كيوبت تخزين جميع المجموعات الأربعة في وقت واحد ، لأن كل كيوبت يمثل كلا القيمتين (0 و 1) في نفس الوقت. إذا أضفت المزيد من وحدات البت (Qubits) ، فإن قوة جهاز الكمبيوتر الخاص بك تنمو بشكل كبير. يخزن ثلاثة كيوبتات ثماني مجموعات ، وأربعة كيوبتات يخزن 16 ، وهكذا. يمكن لجهاز كمبيوتر Google الجديد الذي يحتوي على 53 كيلوبايت تخزين 253 قيمة ، أو أكثر من مجموعات 10،000،000،000،000،000 (10 كوادريليون). يزداد هذا الرقم إثارة للإعجاب عندما تدخل خاصية أساسية وغريبة أخرى لميكانيكا الكم إلى العرض: حالات متشابكة.
في ظاهرة وصفها ألبرت آينشتاين بأنها "حركة مخيفة عن بُعد" ، يمكن أن تتشابك الجسيمات التي تفاعلت في وقت ما. هذا يعني أن قياس حالة جسيم واحد يسمح لك بمعرفة حالة الآخر ، بغض النظر عن المسافة بين الجسيمات. إذا كانت كيوبات الكمبيوتر الكمومي متشابكة ، فيمكن قياسها جميعًا في وقت واحد.
يتكون الكمبيوتر الكمي لـ Google من دوائر مجهرية من معدن فائق التوصيل يتشابك مع 53 كيلوبت في حالة تراكب معقدة. تولد الكيوبتات المتشابكة رقمًا عشوائيًا بين صفر و 253 ، ولكن بسبب التداخل الكمي ، تظهر بعض الأرقام العشوائية أكثر من غيرها. عندما يقيس الكمبيوتر هذه الأرقام العشوائية ملايين المرات ، ينشأ نمط من التوزيع غير المتكافئ.
"بالنسبة لأجهزة الكمبيوتر الكلاسيكية ، يكون من الصعب جدًا حساب نتيجة هذه العمليات ، لأنها تتطلب حساب احتمالية التواجد في أي من الحالات المحتملة البالغ عددها 253 حالة ، حيث تأتي 53 من عدد وحدات البت - الحجم المتدرج هو السبب الناس مهتمون بالحوسبة الكمومية في البداية ".
من خلال الاستفادة من الخصائص الغريبة للتشابك الكمي والتراكب ، أنتج مختبر مارتينيز نمط التوزيع هذا باستخدام رقاقة الجميز في 200 ثانية.
على الورق ، من السهل توضيح سبب تفوق جهاز الكمبيوتر الكمومي على أجهزة الكمبيوتر التقليدية. إن إثبات المهمة في العالم الحقيقي هو قصة أخرى. في حين أن أجهزة الكمبيوتر الكلاسيكية يمكنها تكديس الملايين من وحدات التشغيل في معالجاتها ، فإن أجهزة الكمبيوتر الكمومية تكافح من أجل زيادة عدد وحدات البت التي يمكنها العمل معها. تصبح الكيوبتات المتشابكة غير متشابكة بعد فترات قصيرة وتكون عرضة للضوضاء والأخطاء.
وقال الباحثون إنه على الرغم من أن إنجاز Google هذا يعد إنجازًا بارزًا في عالم الحوسبة الكمومية ، إلا أن المجال لا يزال في مهده ولا تزال أجهزة الكمبيوتر الكمومية العملية بعيدة في الأفق.
- صور: أعداد كبيرة تحدد الكون
- 9 أرقام أكثر برودة من Pi
- 8 طرق يمكنك من خلالها رؤية نظرية النسبية لأينشتاين في الحياة الحقيقية
