اكتشف العلماء “سيناريو الكابوس” الحسابي الذي يتضمن أنواعًا غريبة من المادة الكمومية والتي سيكون من المستحيل حلها حتى بالنسبة لجهاز كمبيوتر كمي قوي جدًا.

دون الأخذ في الاعتبار مدى تعقيد الحالات الكمومية للمادة، يمكن أن يكون تحديد مرحلة المادة أمرًا بسيطًا نسبيًا. خذ الماء على سبيل المثال، فمن السهل التمييز بينه وبين أنه صلب أم سائل. ومع ذلك، فإن النسخة الكمومية من هذه المشكلة قد تكون أكثر صعوبة. وقد أثبت ذلك عالم الفيزياء النظرية توماس شوستر من معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا وزملاؤه قد لا يكون التعرف على المراحل الكمومية للمادة ممكنًا حتى بالنسبة لأجهزة الكمبيوتر الكمومية.

في مقال عن arXiv لقد قاموا بتحليل رياضي لسيناريو يُعطى فيه الكمبيوتر الكمي مجموعة من القياسات حول الحالة الكمومية لجسم ما ويجب عليه تحديد مرحلته. وفقًا لشوستر، هذه ليست دائمًا مشكلة غير قابلة للحل، ولكن بالنسبة لجزء كبير من الأطوار الكمومية للمادة – المزيد نظائرها الغريبة الماء السائل والجليد، مثل المراحل “الطوبولوجية” مع تياراتها الكهربائية الغريبة، قد يستغرق الكمبيوتر الكمي وقتًا طويلاً غير مقبول لحسابه. ويمكن مقارنة ذلك بتجربة معملية حيث يجب إبقاء الجهاز قيد التشغيل لمليارات أو تريليونات السنين لتحديد خصائص العينة.

وهذا لا يجعل أجهزة الكمبيوتر الكمومية عديمة الفائدة عمليًا لمثل هذه المهام. يقول شوستر إن مثل هذه المراحل من غير المرجح أن تظهر في التجارب الفعلية للمواد أو أجهزة الكمبيوتر الكمومية، فمن المرجح أن تظهر مواطن النقص في فهمنا للحوسبة الكمومية حاليًا، بدلاً من أن تشكل تهديدًا عمليًا فوريًا.

يوضح الباحث: “إنه نوع من السيناريو الكابوس، الذي إذا حدث (في الواقع)، سيكون سيئًا للغاية. من غير المرجح أن يكون ممكنًا، ولكن يجب علينا دراسته بشكل أفضل”.

ويثير هذا النوع من الأبحاث أسئلة مثيرة للاهتمام حول قدرات أجهزة الكمبيوتر بشكل عام، كما يقول بيل فيفرمان من جامعة شيكاغو.

ويؤكد: “ربما يشير هذا إلى حدود الحوسبة على نطاق أوسع: بغض النظر عن السرعات المذهلة التي نحققها لحل بعض المشكلات المحددة، سيكون هناك دائمًا بعض المشاكل المعقدة للغاية حتى بالنسبة لأجهزة الكمبيوتر الكمومية الفعالة”.

ويضيف أنه من الناحية الرياضية، يربط البحث الجديد جوانب علم المعلومات الكمومية المستخدمة في التشفير الكمي مع الأفكار الأساسية في فيزياء المادة، لذلك سيساعد في التقدم في كلا المجالين.

في المستقبل، يخطط الفريق لتوسيع تحليلهم ليشمل أطوارًا كمومية أكثر نشاطًا للمادة، والتي من المعروف أن حساب خصائصها أكثر صعوبة.