«غوغل»: معالج كمّي جديد بقدرة حوسبة هائلة

في جولة جديدة من سباق الحوسبة الكمّية «كوانتوم»، أعلنت معامل شركة «غوغل» الأميركية للحاسبات الكمّية عن إنجاز جديد تمثل في بناء معالج جديد من معالجات «كوانتوم» أطلقت عليه اسم «بريستيلكون»، وقالت إنه يضم 72 وحدة من وحدات بناء المعالجات الكمية المعروفة باسم «كيوبت»، وهو معدل يتجاوز المعالجات الأخرى المعلن عنها في هذا المضمار، ومنها آخر معالج أعلنت عنه شركة «آي بي إم» الأميركية، ويعمل فيه 50 كيوبت، ومعالج مواطنتها «إنتل» الذي كشفت النقاب عنه في يناير 2018، ويعمل فيه 49 كيوبت، ومعالج «غوغل» السابق «دي ويف» الذي يعمل بـ9 كيوبت.

ووفقاً لما ورد بالبيان الصادر عن معامل بحوث «غوغل» الكمية، فإنه يمكن للمعالج الجديد توفير قدرات حوسبة هائلة، تتجاوز ما تقوم به أجهزة الكمبيوتر التقليدية الفائقة الأداء المعروفة باسم «سوبر كمبيوتر».

تخزين المعلومات

وقد ظلت أجهزة الكمبيوتر الكمّية قائمة كفكرة نظرية وبحثية منذ أربعينات القرن الـ20، والاختلاف بينها وبين أجهزة الكمبيوتر الحالية أنه يتم في الأخيرة تخزين المعلومات في صورة وحدات تعرف بـ«بت»، والتي تعبر عن «صفر» أو «1»، أما في أجهزة الكمبيوتر الكمّية فيتم تخزين المعلومات في صورة وحدات تعرف بـ«كيوبت» التي لا تعبر عن «صفر» و«1» فقط، بل عن كليهما معاً، مضافاً إليهما حالة أو حالات تراكبية كمية من كليهما معاً، ما يعني أنه عند القيام بعملية معينة، تضطر أجهزة الكمبيوتر الحالية إلى البحث خلال كل الحلول الممكنة واحداً تلو الآخر، أما أجهزة الكمبيوتر الكمية فتعمل كما لو كانت تفكر في كل الإجابات الممكنة في التوقيت نفسه، ما يجعلها أسرع مئات وربما آلاف المرات.

فارق العمل

المشكلة الحالية في أجهزة الكمبيوتر الكمية أنها لاتزال تعمل بعدد قليل جداً من «كيوبت»، في حين تعمل أجهزة الكمبيوتر الحالية بعشرات الملايين من الـ«بت»، والسبب في ذلك وجود نوع من الضوضاء الناجمة عن الرنين أو التردد الخاص بكل «كيوبت» على حدة، والذي يسبب أخطاء في الحسابات التي يقوم بها الجهاز، وتزيد هذه الأخطاء مع زيادة عدد الـ«كيوبت»، وبالتالي، فإن التحدي الأكبر أمام أجهزة الكمبيوتر الكمية هو إضافة عدد من الـ«كيوبت»، مع القدرة على إيقاف الضوضاء والأخطاء عند الحدود التي لا تؤثر في سلامة الأداء وصحة العمليات التي تقوم بها.

تنافس الشركات

تسارعت خلال العامين الأخيرين وتيرة العمل في تطوير أجهزة كمبيوتر كمّية، ففي يونيو 2016 طرحت شركة «آي بي إم»، أكبر الشركات العاملة في هذا المجال عالمياً، أول كمبيوتر كمّي للتشغيل والتجربة من قبل الجمهور العام، وهو كمبيوتر بقدرة 5 «كيوبت»، وجعلت من الممكن العمل عليه، وتجربته وتشغيله من خلال منصتها للحوسبة السحابية عبر الإنترنت. وبعدها بأسبوع فقط، كشفت «غوغل» أن مشروعها لأجهزة الكمبيوتر الكمّية أثمر عن جهاز بقدرة 9 «كيوبت»، لكنها لم تطرحه للتشغيل والتجربة العامة.

وفي 17 مايو 2017، ذكرت «آي بي إم» أن 45 ألف جامعة وشركة نفذت ما يزيد على 300 ألف تجربة على الكمبيوتر الكمّي بقدرة 5 «كيوبت» منذ إطلاقه، لافتة إلى أن هذه التجارب لم تصمم لحل مشكلات إنتاجية، بل لتعلّم كيفية العمل على الجهاز، ثم أعلنت في اليوم نفسه عن تشغيل ثاني أجهزتها الكمية تجريبياً عبر منصتها للحوسبة السحابية، وهو كمبيوتر بقدرة 16 «كيوبت» مخصص للتجربة من قبل المؤسسات وأصحاب الأعمال.

وفي مايو 2017، قالت وكالة الفضاء الأميركية (ناسا) إنها تراجع وتقيّم الكمبيوتر الكمّي «دي ويف» لمعرفة قدراته ومجالات استخدامه.

تفوّق كمّي

يشكل الإعلان عن معالج «بريستيلكون» الجولة الأحدث والأكثر سخونة في هذا السباق. ووفقاً لـ«غوغل» فإن المعالج سيحقق القدرات الكبيرة المأمولة من وراء الحوسبة الكمّية، وسيتفوق على أجهزة الكمبيوتر فائقة الأداء في الحوسبة التقليدية.

وطبقاً لما قالته الأستاذة الباحثة بمعامل «غوغل» للحوسبة الكمّية، جوليان كيلي، فإن هذا المعالج يعتمد على استخدام فكرة «التفوق الكمي» أو «السيادة الكمية» التي تعتبر من المعالم الرئيسة في الحوسبة الكمية عموماً، وتقوم على أنه إذا كان من الممكن تشغيل المعالج الكمي بمعدلات خطأ منخفضة بما فيه الكفاية، فإنه يمكنه أن يتفوق بسهولة شديدة على الكمبيوتر التقليدي فائق الأداء «سوبر كمبيوتر».

معدل الخطأ

وعلى الرغم من أن الباحثين لم يحققوا بعد تطبيقاً عملياً كاملاً لفكرة «التفوق الكمّي»، فإن «غوغل» تعتقد أنه يمكن إثبات صحة هذه النظرية أو الفكرة وتطبيقها عملياً من خلال معالجات تضم 49 «كيوبت»، بمعدل خطأ أقل من 0.5%.

وأضافت «غوغل» أن معالج «بريستيلكون» الجديد الذي يتألف من 72 «كيوبت» يستخدم المخطط نفسه للاقتران والتحكم والقراءة، الذي كان مستخدماً في المعالج السابق عليه، المكون من مصفوفة تضم 9 «كيوبت». ويسعى باحثو «غوغل» إلى تحقيق معدلات أداء عالية بمستويات أخطاء أقل مما حققوه في معالج الـ9 «كيوبت» السابق.

وقد حقق «بريستيلكون» معدل خطأ وصل إلى 0.6% مقابل 1% لمعالج 9 «كيوبت» السابق.