الرئيسية - المساحة الإخبارية - نظرية جديدة تُخفض السرعة الحدية للحوسبة الكمومية

نظرية جديدة تُخفض السرعة الحدية للحوسبة الكمومية

في الوقت الحاضر، بدأت أنظمة الحوسبة الكمومية بالإشارة إلى قدرة تفوق إصداراتها المستقبلية على الحواسيب التقليدية في حلّ بعض المشكلات المعقدة. لكن أظهرت الأبحاث الجديدة انخفاض في السرعة النظرية التي ستعمل عليها الحواسيب الكمومية المستقبلية.

(إطلع على الانفوغرافيك: مقارنة بين الحواسيب التقليدية والحواسيب الكمومية )

تمتلك أنظمة الحوسبة الكمومية قدرة القيام بالحسابات بسرعة أكبر من الحواسيب التقليدية باستخدام البتات الكمومية (Quantum Bits (qubits، وهي الأشياء التي تعتمد على ظاهرة التراكب Superposition لتمثيل المعلومة عبر الرقمين المنطقيين ‘0’ و ‘1’ بذات الوقت. تستطيع هذه الأنظمة أيضاً الاستفادة من الظاهرة الفيزيائية المعروفة باسم التشابك الكمومي Quantum Entanglement. في ظاهرة التشابك، يستطيع بت كمومي بسيط من مشاركة معلوماته مع العديد من البتات الأخرى عبر الروابط الكمومية. لكن أظهرت الأبحاث الجديدة في المعهد الوطني للمعايير والتقنيات في الولايات المتحدة (NIST) حدود جديدة للسرعة التي قد تصل إليها عملية التشابك بين البتات الكمومية البعيدة.

( إطلع على المقال: كيف تعمل الأشياء: الحواسيب الكمومية )

“أشارت النتائج السابقة أن الزمن الذي يحتاجه التشابك للانتشار عبر النظام صغير جداً عندما تكون التفاعلات بين البتات الكمومية على المدى البعيد،” يقول Michael Foss-Feig، فيزيائي في معهد NIST في غايثربورغ ماريلاند. ويتابع في حديثه، “تُضيق النتائج كمية الزمن الذي تحتاجه لتوزيع المعلومات والتشابك عبر نظام بحجم معين.”

ركز Foss-Feig وزملائه عملهم على أبحاث مدروسة في ورقتين سابقتين اللتين اختبرتا السرعة النظرية لانتشار المعلومات الكمومية. اكتشفت الورقة الأولى، المنشورة في عام 1972، السرعة الحدية المنتهية للمعلومات الكمومية – المعروفة سابقاً باسم Leib-Robinson bound – في حالة التفاعلات قصيرة المدى بين الكيوبتات المتجاورة.

اقترحت دراسة ثانية، نُشرت عام 2005، أن الزمن الذي تحتاجه المعلومة الكمومية للانتشار يتزايد بشكل لوغاريتمي فقط، أو بكمية صغيرة، مع المسافة. معنى ذلك، تشير نتائج الورقة البحثية الثانية أن الحواسيب الكمومية قد تحصل على “زيادة مهمة من ناحية النوعية في السرعة” وذلك بدمج تفاعلات المدى البعيد بين الكيوبتات.

لكن أعادت الأبحاث الجديدة النظر في السرعة الحدية لانتشار المعلومات الكمومية على المدى البعيد. يُظهر الإثبات الرياضي أن الزمن المطلوب لانتشار المعلومة الكمومية عبر النظام يتزايد مع حجم النظام، مما يُقرب السرعة الحدية في الأنظمة ذات التفاعلات على المدى البعيد إلى تلك التي في الأنظمة ذات التفاعلات على المدى القصير. يُفسر ذلك Foss-Feig:

“كانت إضافتنا هي الإشارة أن الحدود في دراسة 2005، على الرغم من أهميتها، لم تكن ثابتة من ناحية النوعية. أشارت تلك الحدود أن المعلومات الكمومية تستطيع الانتشار بشكل أسرع مما يُمكن. فقمنا نحن بتصحيح تلك الرؤية وقربناها من الرؤية الحالية لتفاعلات المدى القصير للبتات الكمومية. نحن نفترض أن في العديد من الحالات تستطيع الدفع بحدود أنظمة التفاعلات على المدى البعيد إلى حدود أنظمة التفاعلات على المدى القصير. ولحد الآن أحرزنا تطورات ملحوظة في هذا المجال.”

استطاعت اليوم أنظمة الحوسبة الكمومية إثبات السرعة الحدية للتفاعلات على المدى القصير بسبب التجارب على الكيوبتات المتجاورة. على سبيل المثال، قام الباحثون من شركة غوغل باختبار أنظمة بالتشابك بين الكيوبتات المتجاورة.

( إطلع على المقال: غوغل تحقق خطوة هامة لبناء الحواسيب الكمومية )

يعمل فريق NIST على الاستمرار تصحيح حساباتهم للسرعة الحدية في المستقبل. لكن يوجد نقطة هامة هنا – تعتمد حساباتهم على الافتراض أن تفاعلات التشابك على المدى البعيد تتفكك على معدل معين. إذا لم تتفكك التفاعلات مع المسافة، فيستطيع الكيوبت نظرياً نقل المعلومات بشكل لحظي إلى كيوبت آخر بعيد جداً.

بالنسبة لدوره، يرى Foss-Feig أنه لا يجب على النقاشات حول السرعة الحدية النظرية التخفيف من الحماس المرتبط في نشوء الحوسبة الكمومية. ترتبط التحديات الحالية الأخرى لبناء حواسيب كمومية عملية بقضايا مثل زيادة كمية الزمن التي تستطيع الكيوبت فيه البقاء في الحالة الكمومية وخفض عدد الأخطاء.

( إطلع على المقال: أول نظام كامل لكشف الخطأ في الحواسيب الكمومية )

“إذا استطعنا في يومٍ ما صنع الحواسيب الكمومية بالسهولة التي نصنع فيها معالجات السيلكون، قد تدلنا السرعة الحدية التي نبحث عنها عن هوية معمارية الحواسيب المثالية،” يقول Foss-Feig. “لكنه لا تضع أي حدود مهمة على أي شيء نعمل حالياً عليه فيما يخص أنظمة الحوسبة الكمومية.

للإطلاع على الورقة البحثية اضغط هنا.

المصدر: IEEE Spectrum

عن Michel Aractingi

Avatar
طالب هندسة كهرباء في جامعة البلمند

اضف رد

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

*

هذا الموقع يستخدم Akismet للحدّ من التعليقات المزعجة والغير مرغوبة. تعرّف على كيفية معالجة بيانات تعليقك.

x

‎قد يُعجبك أيضاً

[هواوي ضد العالم] حظر جديد ضد قدرة الشركة على استخدام بطاقات الذواكر SD

لا يبدو أن الوضع سيتحسن بالنسبة لشركة هواوي الصينية فيما يتعلق بقرار حظر التعامل معها ...