كتب – رامز يوسف:
على الرغم من التقدم الذي تحقق في سبيل تسهيل عمل أجهزة الكمبيوتر الكمومية، تظل الأنظمة القائمة على البتات الكمومية غير مستقرة وعرضة للأخطاء بشكل كبير، وهو الأمر الذي ربما اتخذت جوجل خطوة كبيرة نحو إصلاحه.
من خلال شريحة كمومية كُشف عنها مؤخرًا تسمى Willow، تجاوز مهندسو جوجل مرحلة حاسمة في التعامل مع الأخطاء. على وجه التحديد، تمكنوا من الحفاظ على بت كمومي منطقي واحد مستقرًا بما يكفي لحدوث الأخطاء ربما مرة واحدة كل ساعة، وهو تحسن كبير عن الإعدادات السابقة التي فشلت كل بضع ثوانٍ.
البتات الكمومية هي اللبنات الأساسية للمعلومات الكمومية. على عكس بتات الحوسبة الكلاسيكية، والتي يمكنها تخزين 1 أو 0، يمكن لهذه البتات الكمومية تخزين 1 أو 0 أو تراكب من كليهما. يعد هذا المزيج أداة قوية في تصميم الخوارزميات التي يمكنها تحليل المشكلات التي قد تستغرق وقتًا طويلاً جدًا لحلها بواسطة الكمبيوتر الكلاسيكي، إذا كان بإمكانها إدارتها على الإطلاق.
لسوء الحظ، البتات الكمومية حساسة للغاية، وتراكباتها عرضة للتشابك مع البيئة وفقدان خصائصها الرياضية. في حين أن أنظمة اليوم قوية بما يكفي لضمان موثوقية بنسبة 99.9%، تحتاج الأنظمة العملية إلى أن يكون معدل الخطأ أقرب إلى واحد في تريليون.
للتغلب على الأخطاء في هذه البتات الكمومية الهشة، يمكن للباحثين نشر بت كمي منطقي واحد عبر عدد من الجسيمات في تراكب. ومع ذلك، فإن هذا التوسع لا يعمل إلا إذا كانت البتات الكمومية الفيزيائية الإضافية تصحح الأخطاء بشكل أسرع وملحوظ من إنتاجها لها.
كتب مايكل نيومان وكيفن ساتزينجر، العالمان من فريق جوجل للذكاء الاصطناعي الكمومي: “ويلو هو أول معالج حيث تصبح البتات الكمومية المصححة للأخطاء أفضل بشكل كبير مع نموها”.
وأضافا “في كل مرة نزيد فيها وحدات البت الكمومية المشفرة من 3×3 إلى 5×5 إلى 7×7 شبكة من وحدات البت الكمومية المادية، يُقمع معدل الخطأ المشفر بعامل اثنين”.
تحتوي Willow على 105 وحدات بت كمومية مادية، وأدى الجمع بين بنيتها وخوارزميات تصحيح الأخطاء التي تستخدمها إلى نجاحها من حيث الاستقرار – حيث يعني المزيد من وحدات البت الكمومية أخطاء أقل.
كانت هذه مشكلة منذ تقديم تقنيات تصحيح الأخطاء الكمومية لأول مرة في منتصف التسعينيات. وبينما لا يزال الطريق طويلاً أمام الحوسبة الكمومية المحققة بالكامل، فقد تكون العمليات الكمومية واسعة النطاق ممكنة على الأقل باتباع هذا النهج.
يُظهر هذا قمع الخطأ الأسي الذي وعد به تصحيح الأخطاء الكمومية، وهو هدف يبلغ من العمر ما يقرب من 30 عامًا للحوسبة الكمومية والعنصر الأساسي لفتح تطبيقات الكم واسعة النطاق،” حسب نيومان وساتزينجر.
الاستقرار ليس الفائدة الوحيدة لـ Willow: تقول Google إنها قادرة على إكمال مهمة كمية محددة في 5 دقائق والتي قد تستغرق أحد أسرع أجهزة الكمبيوتر العملاقة لدينا 10 سبتليون عام، إنها مهمة أُنشئت خصيصًا لأجهزة الكمبيوتر الكمية، لكنها لا تزال تُظهر ما هو ممكن.
ستظل الأخطاء موجودة دائمًا في الأنظمة الكمية، لكن ما يهدف الباحثون إلى القيام به هو جعلها نادرة بما يكفي لتكون المعالجة الكمية عملية. سيتطلب ذلك أجهزة أفضل، ومزيدًا من البتات الكمومية، وخوارزميات مطورة.
نُشرت نسخة غير محررة من البحث في مجلة Nature.
اقرأ أيضا:
