اختراق في الحوسبة الكمومية من جوجل: انخفاض معدل الخطأ بمقدار 40 مرة، التغلب على عنق الزجاجة للموارد الأساسية

إذا تم توسيع هذا الاختراق بنجاح، فسوف يقلل بشكل كبير من حجم الأجهزة المطلوبة لبناء أنظمة كمومية مقاومة للأخطاء، مما له أهمية كبيرة لتجارية الحوسبة الكمومية.

كتبه: يانغ تشين، وول ستريت جورنال

حققت فريق الذكاء الاصطناعي الكمومي في جوجل تقدمًا رئيسيًا في مجال الحوسبة الكمومية، مما قد يؤدي إلى تقليل كبير في تكلفة الأجهزة اللازمة لبناء أنظمة كمومية عملية.

نُشرت الأبحاث ذات الصلة يوم الخميس في مجلة "ساينس". قامت جوجل بالتحقق من تقنية تُعرف باسم "زراعة الحالة السحرية" (magic state cultivation) على معالجها "ويلو"، مما أدى إلى خفض معدل الخطأ الكمومي بنحو 40 مرة، مع تحقيق دقة منطقية T تصل إلى 99.99%. وهذا هو الرقم القياسي الأعلى في هذا المجال حتى الآن.

لطالما اعتُبرت زراعة الحالة السحرية عنق الزجاجة الأساسي لتوسيع نطاق الحوسبة الكمومية - حيث يُقدّر أن ما يصل إلى 95% من قدرة الحوسبة الكمومية قد تحتاج إلى تخصيصها لإنتاج الحالة السحرية، مما يترك موارد محدودة للغاية للاستخدام الفعلي في الحساب.

إذا تم توسيع هذا الاختراق بنجاح، فسوف يقلل بشكل كبير من حجم الأجهزة المطلوبة لبناء أنظمة كمومية مقاومة للأخطاء، مما له أهمية كبيرة لمسار تجارية الحوسبة الكمومية.

كما ذكرت جوجل أنه لا يزال يتعين التحقق من جدوى هذه التقنية على نطاق أوسع، ولا يزال هناك مسافة كبيرة تفصلنا عن الحوسبة الكمومية العملية.

حتى وقت النشر، ارتفعت أسهم جوجل يوم الخميس بنسبة 0.24%.

الحالة السحرية: ثقب أسود للموارد في الحوسبة الكمومية

تعتبر الحالة السحرية عنصرًا أساسيًا لتحقيق الحوسبة الكمومية "العامة". إذا كان من المفترض أن يقوم المعالج الكمومي بتنفيذ عمليات معقدة تتجاوز الحواسيب التقليدية، فإنه يعتمد على الحالة السحرية لتوليد مجموعة العمليات الكمومية المطلوبة. ومع ذلك، بمجرد استخدام الحالة السحرية، لا يمكن إعادة استخدامها، مما يجعلها موردًا نادرًا.

التحدي الأكبر يكمن في تكلفة الإنتاج. تشير بعض التقديرات إلى أن الحواسيب الكمومية قد تحتاج إلى تخصيص ما يصل إلى 95% من إجمالي القدرة الحاسوبية لإنتاج الحالة السحرية، مما يترك موارد شحيحة للغاية للمهام الحسابية الفعلية.

لقد تم توقع هذا العنق الزجاجة منذ عام 2004، وعلى مدى العقدين الماضيين، واصل الأكاديميون استكشاف طرق لتقليل تكلفة إنتاج الحالة السحرية، لكن التقدم كان بطيئًا.

اقتراح خطة زراعة الحالة السحرية، وزيادة كفاءة الموارد بشكل كبير

في عام 2024، اقترح باحثو الذكاء الاصطناعي الكمومي في جوجل، كريغ جيدني، نوح شوتي وكودي جونز، خطة زراعة الحالة السحرية بناءً على الأدبيات الموجودة.

تتمثل الفكرة الأساسية في تصميم عملية إنتاج الحالة السحرية كآلية تصفية: يتم إدخال حالة كمومية تحتوي على ضوضاء في منطقة صغيرة على الشريحة، ثم يتم الكشف عن المحاولات المعيبة وإزالتها من خلال سلسلة من عمليات القياس المتناسقة للغاية، مما يؤدي إلى "زراعة" حالة كمومية عالية النقاء ومنخفضة الخطأ، مع ترميزها في شكل أكبر قابل للاستخدام.

ومع ذلك، لم يكن الانتقال من النظرية إلى التنفيذ الفعلي سلسًا. استمرت العالمة الباحثة إيما روزنفيلد في الحصول على بيانات "يبدو أنها تتعارض مع قوانين الفيزياء" خلال الاختبارات الأولية.

بعد أشهر من التحقيق، اكتشف الفريق أن الجذر الأساسي للمشكلة كان في فرضية خاطئة في تقنية القياس المرجعية - حيث تداخلت الضوضاء الناتجة عن انحراف الأجهزة الكهربائية في المختبر وتغيرات درجة الحرارة مع فعالية الاختبارات المرجعية.

لذلك، لم يقتصر الفريق على إضافة تحكم إضافي للنظام للحد من تأثير الضوضاء، بل اخترع أيضًا تقنية جديدة للاختبار المرجعي، باستخدام عملية الزراعة نفسها كأداة للتعديل الذاتي.

دقة وأخطاء تسجل أرقامًا قياسية

على معالج ويلو، حققت الخطة المذكورة انخفاضًا في معدل الخطأ بمقدار حوالي 40 مرة مقارنةً بالحالات الكمومية غير المزروعة، مع تحقيق دقة منطقية T تصل إلى 99.99%، مما سجل رقمًا قياسيًا في هذا المجال.

كما أكمل فريق جوجل عرضًا مهمًا آخر: التحقق من إمكانية انتقال الحالة السحرية المزروعة بسلاسة بين نوعين مختلفين من خطط تصحيح الأخطاء الكمومية - على وجه التحديد، نقل الحالة الكمومية من كود الألوان ذو المسافة -3 (color code، وهو طريقة تصحيح أخطاء أحدث مناسبة لعمليات الزراعة) إلى كود السطح ذو المسافة -5 (surface code، وهو طريقة تصحيح أخطاء أكثر نضجًا).

تثبت هذه العملية "الزراعة" أن الحالة الكمومية المنقاة يمكن أن تعيش بشكل مستقر داخل الأجهزة وتنتقل بسلاسة، مما يمهد الطريق لإدماج تقنية زراعة الحالة السحرية في بنية الحوسبة الكمومية الحالية لجوجل.

على الرغم من تحقيق هذه التقدمات، أكدت جوجل أن تقنية زراعة الحالة السحرية لا تزال بحاجة إلى التحقق من جدواها على نطاق أوسع قبل أن يمكن تطبيقها فعليًا على المهام الحسابية الكمومية، ولا تزال هناك العديد من التحديات التقنية القائمة.

يُقدَّم هذا المحتوى لأغراض معلوماتية عامة فقط، ولا يُشكل مشورة مالية أو استثمارية أو قانونية أو ضريبية. ولا ينبغي اعتبار أي فعاليات أو مكافآت أو عروض ترويجية عبر الإنترنت أو أي معلومات ذات صلة واردة فيه توصيةً أو طلبًا أو دعوةً لشراء الأصول المشفرة أو بيعها أو تداولها أو إجراء أي معاملات أخرى عليها. تتميز الأصول المشفرة بتقلبات سعرية مرتفعة وقد تؤدي إلى خسائر. وقد يختلف مدى توفر خدمات WEEX ومنتجاتها والفعاليات المرتبطة بها حسب المنطقة. وتقع على عاتقك مسؤولية التأكد من أن مشاركتك تتوافق مع القوانين واللوائح المحلية المعمول بها.