الرئيسية - المساحة الإخبارية - أول نظام كامل لكشف الخطأ في الحواسيب الكمومية

أول نظام كامل لكشف الخطأ في الحواسيب الكمومية

أصبحت تصنيع حاسوب كمومي Quantum Computer فعال وحقيقي هو أحد أكبر شواغل الباحثين بمجال علوم الحاسب، وقد انضمت العديد من الشركات للسباق الخاص بتصنيع أول حاسوب كمومي فعال، فقد أعلنت شركة غوغل العام الماضي عن مشروعها المتعلق ببدء تصنيع أول حاسوب كمومي.

(للمزيد من التفاصيل: كيف تعمل الأشياء – الحواسيب الكمومية )

لم تكن شركة IBM العريقة بعيدة أيضاً عن هذا المجال، فهي تسعى أيضاً عبر مراكز أبحاثها من أجل الوصول أيضاً إلى أول حاسوبٍ كمومي فعال وحقيقي، بحيث يستطيع أن يقوم بتسخير مبادئ الفيزياء الكمومية Quantum Physics في مجال الحوسبة، بحيث نحصل على حاسوبٍ قوي قادر على إجراء عمليات حسابية أكثر بملايين المرات من الحواسيب التقليدية.

ولكن هنالك نقطة هامة تتعلق بسباق الوصول للحاسوب الكمومي، وهي خوارزميات كشف وإصلاح الأخطاء. الحواسيب التقليدية التي نستخدمها في الحياة اليومية (مثل الحواسيب المكتبية والحواسيب اللوحية والمحمولة وحتى الهواتف الذكية) تتضمن خوارزميات وطرق من أجل ضمان إرسال المعلومات بشكلٍ صحيح وعدم حصول خطأ أثناء تبادل ونقل المعلومات، ومن دون هذه الطرق والخوارزميات، لما أمكن للحواسيب أن تعمل بشكلٍ صحيح على الإطلاق. بالنسبة للحواسيب الكمومية، فإن هذه الخطوة يبدو وأنها قد اكتملت، بفضل المساعي والجهود التي تبذلها شركة IBM.

يقول جيري شاو، الباحث في مركز توماس واطسون لأبحاث الحوسبة الكمومية الخاص بشركة IBM، يقول :” عبر الشبكة المكونة من أربعة بتات كمومية، تمكنا من بناء نظام يستطيع الكشف عن كلا نوعي الأخطاء الكمومية. هذا هو أول نظام يستطيع أن يقوم بكشف وإصلاح كلا نوعي الأخطاء التي ممكن أن تحصل: خطأ تبدل البت Bit-Flip Error، وأخطاء الطور Phase Errors.” تم نشر نتائج البحث الجديد الذي أجراه شاو وزملاؤه بتاريخ 29 نيسان/ابريل من العام الحالي في مجلة Nature Communication. (يمكنكم الاطلاع على رابط البحث من هنا ).

يتكون النظام الحاسوبي الذي تم إنجازه في شركة IBM من أربعة بتات كمومية (أو اختصاراً كيوبت Qubit). تتوضع هذه البتات الكمومية ضمن شريحة تبلغ أبعادها 1.6 سنتمي متر مربع. الكيوبت (وهي اختصار لـ “بت كمومي Quantum bit” ) هو وحدة قياس المعلومات الخاصة بالحواسيب الكمومية، وبشكلٍ مشابه للبت، وحدة قياس المعلومات في الحواسيب التقليدية، فإن الكيوبت يستطيع أن يمتلك أحد قيمتين: إما صفر “0” أو واحد “1”. الميزة التي يتمتع بها الكيوبت هي إمكانية تطبيق مبادئ الفيزياء الكمومية عليه، وتحديداً مبدأ “التراكب Superposition”، فوفقاً لهذا المبدأ، يمكن للكيوبت أن يشغل حالة صفر وواحد بآنٍ واحد معاً، وهو أمرٌ غير قابل للتطبيق أو التنفيذ في الحواسيب التقليدية. بكل الأحوال، وبما أن الكيوبت هو وحدة قياس معلومات، فإن حدوث خطأ “تبدل البت Bit-Flip” من الممكن حصوله، وهو خطأ شهير يحصل أيضاً في الحواسيب التقليدية. بالإضافة إلى ذلك، فإن البتات الكمومية حساسة أيضاً لنوعٍ آخر من الأخطاء وهو “خطأ الطور Phase Error”، وهذا الخطأ هو نتيجة للخاصية التراكب الكمومية التي تتمتع بها البتات الكمومية، حيث من الممكن حصول تغير في “إشارة” علاقة الطور بين الصفر والواحد.

لا يعتبر الكشف عن الأخطاء الكمومية أمراً سهل. الحواسيب التقليدية تستطيع أن تقوم بالكشف وإصلاح خطأ تبدل البت عبر القيام بنسخ نفس البت مراتٍ عديدة، ومن ثم الحصول على قيمة التصحيح اللازمة من عدد البتات الخالية من الخطأ. بالنسبة للبتات الكمومية، فإن هذا الأمر من الصعب تطبيقه، وذلك بسبب حساسية الحالات الكمومية، فالفيزياء الكمومية تنص على أن أي عملية “قياس” لحالة كمومية معينة سيؤدي إلى تغيير هذه الحالة، وبحالة البتات الكمومية، فإن نسخ البتات مراتٍ عديدة سيعني أن القيم التي تتضمنها هذه البتات ستتغير، بسبب تغير حالتها الكمومية.

( اقرأوا أيضاً: مقارنة بين الحواسيب التقليدية والحواسيب الكمومية )

ما قام به الباحثون من أجل التغلب على هذا الخطأ هو اللجوء لخاصيةٍ أخرى في الفيزياء الكمومية: التشابك الكمومي Quantum Entanglement. وفقاً لمبدأ التشابك الكمومي، يمكن للبتات الكمومية أن تتشارك بمعلوماتها مع العديد من البتات الكمومية الأخرى، مهما كانت المسافة بينها، وبنفس الوقت، وذلك عبر وصلةٍ كمومية. وبحالة البحث الذي تم إجراؤه في شركة IBM، قام الفريق بتصميم النظام الحاسوبي الخاص بهم بمعماريةٍ تضمن لهم استخلاص المعلومات وتشاركها بين البتات الكمومية المتجاورة. تم اعتبار اثنين من البتات الكمومية على أنها “بتات المعطيات Data Qubit” بينما تم الاثنين الآخرين على أنهما “بتات القياس Measurement Qubit”. أحد بتات القياس مسؤول عن كشف خطأ تبدل البت، بينما البت الكمومي الثاني مسؤول عن كشف خطأ الطور.

حتى الآن، نجح النظام الخاص بشركة IBM بالكشف عن كلا نوعي الأخطاء وبشكلٍ فعال، ولكنه لم يكن قادراً على إصلاحها. في وقتٍ سابق من هذا العام، أعلن الفريق البحثي المتعاون مع شركة غوغل عن تمكنه من إنجاز أول عملية إصلاح خطأ خاصة بالحواسيب الكمومية. قام الفريق البحثي المتعاون مع غوغل باعتماد معمارية تتألف من مصفوفةٍ خطية تتضمن 9 بتات كمومية، والتي تستخدم أيضاً بتات كمومية للمعطيات وبتات كمومية للقياس.

( اقرأوا أيضاً: غوغل تعلن البدء عن مشروعها لبناء أول حاسوب كمومي )

على الرغم من النجاح الذي حققه البحث الخاص بشركة غوغل، إلا أن نظامهم المرتب بشكلٍ خطيّ لم يكن قادراً على كشف كلا نوعي الأخطاء وبنفس الوقت، بينما النظام الخاص بشركة IBM ذو التركيبة ثنائية الأبعاد قد تمكن من إنجاز ذلك.

اعتمدت شركة IBM وكذلك شركة غوغل في بناء أنظمتها للحواسيب الكمومية على الدارات الكمومية فائقة الناقلية، وأحد الميزات الهامة بالدارات والبنى فائقة الناقلية، هي أنه يمكن عبرها بناء الحواسيب الكمومية اعتماداً على العديد من الأدوات المستخدمة في بناء الحواسيب التقليدية.

بعد نجاح تجربتهم الخاصة بنظام حاسوبي كمومي يتألف من أربعة بتات كمومية، بدأ شاو وفريقه البدء بتجارب على أنظمةٍ تتكون من مصفوفاتٍ تتضمن ثمانية بتات كمومية، وهم يأملون أن يتمكنوا من الوصول لإنجاز نظام يتكون من 13 إلى 17 بت كمومي.

من الجدير بالذكر التنويه إلى أهمية تحقيق هذه الخطوات الهامة، بنفس الوقت الذي نحتفل فيه بمرور 50 عام على إطلاق قانون مور الشهير الخاصة بتطور المعالجات الحاسوبية، ويقول شاو بهذا الخصوص :” يأتي العديد من الاهتمام فيما يتعلق بالحوسبة الكمومية من أننا قد بدأنا نرى نهاية الطريق بالنسبة لقانون مور، ونحن الآن نشاهد الإمكانيات المستقبلية المتاحة لنا بفضل الحوسبة الكمومية”.

المصادر: هنا و هنا

اقرأوا أيضاً:

الحوسبة بعد قانون مور: 4 بدائل تقنية عن الصناعة الحاسوبية التقليدية

هل وصلنا إلى حدود القدرات الحاسوبية ؟

هل تكون إلكترونات الأودية المفاجأة الجديدة في الحواسيب الكمومية؟

ما هو الفلوب ؟

عن ماريو رحال

ماريو رحال
مهندس طبي ومدون تقني. مدير موقع عالم الإلكترون.

اضف رد

لن يتم نشر البريد الإلكتروني . الحقول المطلوبة مشار لها بـ *

*

x

‎قد يُعجبك أيضاً

الحاسوب الصيني “Tianhe-2” لا يزال أقوى حاسوب في العالم

صدر في شهر تشرين الثاني/نوفمبر من العام الحالي التقرير نصف السنوي، والشهير بتصنيف “Top500” والمختص ...