كمبيوتر كمي جديد يحقق تفوق كمي باستخدام الفوتونات
نوع ثان من الأجهزة الحاسوب الكمية أو كمبيوتر كمي أجرى عملية حسابية مستحيلة للكمبيوتر التقليدي. لقد أثبت نوع جديد من أجهزة الكمبيوتر الكمية قدرته على الهيمنة أيضًا.
الكمبيوتر الكمي الفوتوني
أجرى الكمبيوتر الكمي الفوتوني، الذي يستخدم جزيئات الضوء أو الفوتونات، عملية حسابية مستحيلة بالنسبة للكمبيوتر التقليدي، حسبما أفاد باحثون صينيون في مجلة العلوم. تم تحقيق هذا الإنجاز، المعروف باسم التفوق الكمي، مرة واحدة فقط من قبل في عام 2019 بواسطة الكمبيوتر الكمومي من جوجل. ومع ذلك، يعتمد كمبيوتر جوجل على مواد فائقة التوصيل، وليس الفوتونات.
يقول عالم الكمبيوتر النظري سكوت آرونسون من جامعة تكساس : “يعد هذا هو أول تأكيد مستقل لإدعاء جوجل أنه يمكنك حقًا تحقيق التفوق الكمي.هذا مشوق.”
كمبيوتر كمي مميز
أطلق الباحثون اسم جيوزانغ على الكمبيوتر بناءً على اسم نص رياضي صيني قديم. ، يمكن للكمبيوتر الكمي الجديد إجراء عملية حسابية في أقل من 200 ثانية. علماً أن عمليات مشابهة قد تستغرق أكثر من نصف مليار سنة على أسرع كمبيوتر غير كمي أو كلاسيكي في العالم.
جهاز جوجل، المسمى سيكامور Sycamore، يعتمد على أجزاء كمية صغيرة جدًا مصنوعة من مواد فائقة التوصيل، والتي توصل الطاقة دون مقاومة. في المقابل، يتكون جيوزانغ من مجموعة معقدة من الأجهزة البصرية التي تنقل الفوتونات حولها. تشمل هذه الأجهزة مصادر الضوء ومئات من مقسمات الأشعة وعشرات المرايا و 100 كاشف للفوتون.
باستخدام عملية تسمى أخذ عينات البوزون، يولد جيوزانغ توزيعًا للأرقام يكون من الصعب للغاية على الكمبيوتر الكلاسيكي تكرارها. وإليك كيفية عملها: يتم إرسال الفوتونات أولاً إلى شبكة من القنوات. هناك، يواجه كل فوتون سلسلة من مقسمات الحزمة كل منها يرسل الفوتون إلى مسارين في وقت واحد، فيما يسمى بالتراكب الكمي.
تندمج المسارات أيضًا معًا، ويؤدي الانقسام والدمج المتكرر إلى تداخل الفوتونات مع بعضها البعض وفقًا لقواعد الكم.
أخيرًا، يتم قياس عدد الفوتونات في كل قناة من قنوات إخراج الشبكة في النهاية. عندما تتكرر عدة مرات، تنتج هذه العملية توزيعًا للأرقام بناءً على عدد الفوتونات التي تم العثور عليها في كل ناتج.
إذا تم تشغيله بأعداد كبيرة من الفوتونات والعديد من القنوات فسوف ينتج الكمبيوتر الكمومي توزيعًا للأرقام معقدًا جدًا بحيث يتعذر على الكمبيوتر التقليدي حسابه. في التجربة الجديدة، اجتاز ما يصل إلى 76 فوتونًا شبكة من 100 قناة.
منافسة قوية
في حين أن جوجل كانت أول من كسر حاجز التفوق الكمي، فإن المعلم الرئيسي “ليس إنجازًا وحيدًا من نوعه” ، كما يقول المؤلف المشارك في الدراسة وعالم الفيزياء الكمية تشاو يانغ لو . “إنها منافسة مستمرة بين الأجهزة الكمية المحسّنة والمحاكاة الكلاسيكية المحسّنة باستمرار.”
بعد إعلان جوجل تفوقها بالتفوق الكمي، اقترحت IBM نوعًا من الحسابات التي قد تسمح للكمبيوتر العملاق بأداء المهمة التي أكملها كمبيوتر جوجل، على الأقل من الناحية النظرية.
ولا يشير تحقيق السيادة الكمية بالضرورة إلى أن أجهزة الكمبيوتر الكمية مفيدة للغاية من ناحية عملية.هذا لأن الحسابات مقصورة على فئة معينة بحيث تكون صعبة على أجهزة الكمبيوتر الكلاسيكية.
تعمل النتيجة على تعزيز ملف أجهزة الكمبيوتر الكمية الضوئية، والتي لم تحظ دائمًا بنفس القدر من الاهتمام مثل التقنيات الأخرى.
كما يقول عالم فيزياء الكم كريستيان ويدبروك، الرئيس التنفيذي لشركة زانادو Xanadu ، وهي شركة مقرها تورنتو تركز على بناء أجهزة الكمبيوتر الكمية الضوئية. “من الناحية التاريخية ، كانت الضوئيات هي الحصان الأسود.”
يلاحظ أن أحد قيود جيوزانغ هو أنه يمكن أن يؤدي نوعًا واحدًا فقط من المهام، ألا وهو أخذ عينات البوزون. في المقابل، يمكن برمجة كمبيوتر جوجل الكمي لتنفيذ مجموعة متنوعة من الخوارزميات. لكن الأنواع الأخرى من أجهزة الكمبيوتر الكمومية الضوئية، بما في ذلك أجهزة زانادو، قابلة للبرمجة.
إن إثبات التفوق الكمي باستخدام نوع مختلف من الأجهزة يكشف مدى سرعة تقدم الحوسبة الكمية.
“حقيقة أن المنصتين المختلفتين الآن قادران على تحقيق هذا النظام … تظهر أن المجال بأكمله يتقدم بطريقة ناضجة للغاية.”
