قدم باحثو جوجل ادعاءً جديدًا بالميزة الكمومية، وهي قدرة أجهزة الكمبيوتر الكمومية على تسريع العمليات الحسابية بشكل جذري مقارنة بنظيراتها الكلاسيكية.

هذه ليست الشركة أول مثل هذا الادعاء. لكن الباحثين يقولون إن أحدث خوارزميتهم – والتي يطلق عليها اسم أصداء الكم – لديها القدرة على حل المشكلات العلمية، بما في ذلك استخلاص هياكل الجزيئات. ويمكن أيضًا، من الناحية النظرية، تكرارها على كمبيوتر كمي آخر.

وقال هارتموت نيفين، الذي يرأس مختبر الحوسبة الكمومية التابع لجوجل في سانتا باربرا بولاية كاليفورنيا، في مؤتمر صحفي قبل الإعلان: “إن هذه الخوارزمية توفر الفرصة لتطبيقات العالم الحقيقي”. وأضاف أن الشركة متفائلة بأنه خلال خمس سنوات ستكون هناك استخدامات عملية لأجهزة الكمبيوتر الكمومية.

لكن بعض الباحثين يتوخون الحذر بشأن ادعاء الميزة الكمية، المنشور في مجلة طبيعة في 22 أكتوبر¹. يقول دريس سيلز، عالِم فيزياء الكم بجامعة نيويورك في مدينة نيويورك: “يجب أن يكون عبء الإثبات مرتفعًا”. وعلى الرغم من أن البحث يقوم “بمهمة جادة” في اختبار العديد من الخوارزميات الكلاسيكية، إلا أنه لا يوجد دليل على عدم وجود خوارزمية فعالة. يقول: “شخصيًا، لا أعتقد أن هذا كافٍ لتقديم مثل هذا الادعاء الكبير”.

ويقول آخرون إن الوعد بالاستخدام العملي في وقت قريب جدًا سابق لأوانه. يقول جيمس ويتفيلد، عالم فيزياء الكم في كلية دارتموث في هانوفر، نيو هامبشاير، إن التقدم التقني مثير للإعجاب، لكن «من المبالغة إلى حد ما التفكير في كيفية حل بعض المشكلات المجدية اقتصاديًا فجأة».

لقد أوضح باحثو Google والمتعاونون معهم كيف يمكنهم تطبيق الخوارزمية على جزيئات بسيطة في دراسة ما قبل الطباعة التي قدموها إلى arXiv. وكانوا قادرين على التنبؤ بسمات معينة لهياكل الجزيئات باستخدام عمليات المحاكاة الكمومية، وتأكيد النتائج التي توصلوا إليها بقياسات الرنين المغناطيسي النووي (NMR). لكن حتى الآن، لا يمكنهم تطبيق هذه الطريقة إلا على الجزيئات التي يمكن محاكاتها بشكل كلاسيكي بكفاءة، مثل التولوين السائل العطري.

وقال توم أوبراين، عالم الأبحاث في Google Quantum AI في ميونيخ بألمانيا، في المؤتمر الصحفي، إن تطبيق خوارزمية الصدى الكمي على أنظمة أكثر تعقيدًا سيتطلب أجهزة أو طرقًا أقل ضجيجًا لتصحيح الأخطاء التي لا تزال قيد العمل.

صدى الكيوبتات

المظاهرات استخدمت شريحة Willow من Google، والتي تسخر 105 دوائر صغيرة فائقة التوصيل لتخزين المعلومات على شكل بتات كمومية، أو كيوبتات – المعادل الكمي للبتات الكلاسيكية من المعلومات.

إن خوارزمية جوجل قادرة على اكتشاف الروابط الكمومية الدقيقة بين الأجزاء البعيدة من الكمبيوتر، والتي يتم تشفيرها وفقدانها بسبب التفاعلات بين الأجزاء الكمومية العديدة للجهاز. وشبه الفريق طريقتهم برسم خريطة للكهف باستخدام الأصداء؛ فهو يتضمن تشغيل سلسلة من العمليات، وإزعاج الكيوبت، ثم تشغيل العمليات في الاتجاه المعاكس. تكشف القياسات عن آثار تفاعلات الكيوبت الواحد في جميع أنحاء النظام.

ولتطبيق الخوارزمية على الجزيئات، قام الباحثون بتصنيع الكيوبتات التي تحاكي “دوران” النوى الذرية، وهي الخاصية الكمية التي تجعل كل نواة تعمل كقضيب مغناطيسي صغير. ومن خلال قياس كيفية تفاعل هذه السبينات مغناطيسيًا، يكشف الرنين المغناطيسي النووي عن بنية الجزيء، لكن هذه التقنية تفشل عندما تكون النوى متباعدة جدًا. وقال أوبراين إنه من خلال محاكاة الدوران باستخدام الكيوبتات، يمكن لخوارزمية الصدى الكمي أن تستخلص تفاعلات بعيدة المدى لإعطاء معلومات هيكلية أكثر مما هو ممكن باستخدام الرنين المغناطيسي النووي وحده.