أمازون، آي بي إم ومايكروسوفت تخوض سباقا لإتاحة استخدام الحاسب الكمومي عالميا

استعمال الحاسب الكمومي قد يساعد الشركات على تصميم بطاريات خارقة وخلق مواد كيميائية معقدة وعلى فهم الكون، من دون إنفاق مليارات الدولارات.

في عالم الحوسبة الكمومية هناك سباق على قدم وساق. في جميع أنحاء العالم ، يبني عمالقة التكنولوجيا أجهزتهم الخاصة ويسرعون لجعلها متاحة للعالم كخدمة حوسبة سحابية. الشركات المتنافسة: أي بي إم، غوغل، مايكروسوفت، إنتل، أمازون، آيون كيو، كوانتوم سيركيتس، ريغيتي كومبيوتينغ، وأحدث المتنافسين الذين كشفوا عن خططهم: شركة هانيويل.

كلهم يتنافسون لإظهار قدرتهم الجديدة على معالجة فئة جديدة من المشاكل الحسابية المعقدة. إذا نجح أحد هؤلاء المتنافسين بإحداث تقدم فربما يؤدي هذا إلى ثورة حوسبية كما فعلت آي بي إم في مجال الحواسب الشخصية وآبل في مجال أجهزة الموبايل الذكية.

الكوانتوم كومبيوتر أو الحاسب الكمومي لن يحل محل أجهزة الكومبيوتر العادية، ولكنها قد تتوصل لاختراقات من المستحيل على أجهزة الكومبيوتر التقليدية أن تحققها. بما في ذلك تطوير مواد جديدة, التخفيف من حركة المرور في المدينة وتسليم البضائع عبر أسطول من الشاحنات بشكل أكثر فعالية.

شركة تراكتيكا للتحليل تتوقع أن تتزايد نفقات البحث لتطوير الكوانتوم كومبيوتر من 260 مليون دولار في عام 2020 إلى 9.1 مليار بنهاية العقد الحالي.

من في المقدمة إذا؟ هذا قد يتغير خلال أسبوع أو شهر، كما يقول دان غاريسون، مهندس تصميم في مجال التطبيقات الكمومية في شركة الاستشارات أكسينتشر. يضيف أن الفاعلين في هذا المجال متقاربون جدا في إنجازاتهم.

شركات الحوسبة الكمومية شرعت، في عملية قد تستغرق سنوات، في زيادة عدد “الكيوبتس”، أي العناصر الأساسية في معالجة البيانات الكمومية، وفي تقليل معدلات الأخطاء التي تحدّ اليوم من تعقيد الحوسبة الكمومية. فبينما تقوم الحواسب التقليدية بتخزين البيانات على شكل “بتس” والتي تأخد قيمتين فقط: إما الصفر أو الواحد، فإن الكيوبتس قادرة على تخزين حالة أعقد بكثير تجمع الصفر مع الواحد معاً. هذا التصميم يمنح الحواسب الكمومية قدرة أكبر بكثير على الوصول لحلول لمشاكل حوسبية في وقت واحد.

و لكن الحواسب الكمومية باهظة الثمن و صعبة التصنيع و التشغيل. وحتى الجهود الكبيرة التي بُذلت حتى الآن لم تنتج إلى عددا قليلا من الأجهزة بعد سنوات من العمل. و هذه الأجهزة يديرها عدة باحثين مختصين. في المستقبل المنظور على الأقل، قد نستفيد منها في مجال الحوسبة السحابية.

المنافسة في مجال الحوسبة السحابية

بدأت بعض الشركات و الباحثين حديثا بالعمل، مع 225 ألف شخص يحاولون جهدهم في تطوير برمجة الحواسب الكمومية في مركز آي بي إم للحوسبة السحابية. أكثر من 100 شركة تدفع لشركة آي بي إم لقاء خدماتها التي تمنحهم بموجبها وصولا لخبرات الشركة و أجهزتها.

“لدينا أسطول من 15 جهازاً كهذا في السحابة”، يقول جيمي غارسيا، مدير تطبيقات آي بي إم الكمومية. كلها حاليا موجودة في نيويورك، و لكن ألمانيا واليابان سيحصل كل منها على واحد بعد أن وقعت آي بي إم اتفاقيات مع حكومات هذين البلدين. تعرض شركة بيغ بلو نسخة كاملة متطابقة من جهاز آي بي إم كيو سيستم ون، وهو جهاز كومبيوتر كمومي مجهز ب 53 كيوبتس، و ذلك لإقناع العالم أن هذه التكنولوجيا حقيقية.

النسخة المتطابقة من جهاز آي بي إم خي عبارة عن تصميم لامع من أسلاك ذهبية و لوحات الكترونية نحاسية معلقة داخل قبة زجاجية وكأنها ثريا ذات تقنية عالية. يُظهرهذا الجهاز أدمغة أجهزة كومبيوتر آي بي إم الكمومية، شاشة مدعومة بمركز بيانات مصغّر مغمور بضوء أزرق.

لا تمتلك شركة غوغل خدمة سحابية بعد. لكنها تخطط لإضافة واحدة. ذكرت الشركة خططها في عام 2019 عندما ادّعت إنجازها لما يسمى ب “التفوق الكمومي”، وهي اللحظة التي يحل فيها جهاز الحاسب الكمومي مشكلة من المستحيل أن تحلها أجهزة الحاسب التقليدية.

شركة أمازون تخطط لتقديم خدمة الحوسبة الكميّة عبر أكبر خدمة سحابية في الكوكب، خدمات شبكة أمازون. شبكة أمازون باركيت متوفرة الآن في نسخة مبكرة، ستسمح للباحثين والمطورين أن يقوموا بتجارب عبر حواسب كمومية من شركات: د ويف، آيون كيو وريغيتي. أمازون تستكشف أيضا إمكانية إنتاج حواسب كمومية بكميات ضخمة و ذلك عبرمركزها الجديد للحوسبة الكمومية.

أيضا في عام 2019 أعلنت شركة مايكروسوفت عن خدمة “آجور” للحوسبة السحابية الكمومية، مرفقة بخطط لإتاحة استخدام الحواسب الكمومية من قبل شركاء ك هانيويل، أيون كيو و كيو سي آي في الأشهر القادمة. آجور تعتبر اليوم في المرتبة الثانية بعد شبكة AWS الخاصة بشركة أمازون في عالم الحوسبة السحابية. تخطط مايكروسوفت لبناء أجهزة حوسبة كمومية خاصة بها أيضا.

ريغيتي، وهي شركة جديدة في عالم الحوسبة الكمومية، أطلقت خدمات الحوسبة الكمومية الخاصة بها في عام 2018. قال غاريسون من شركة أكسنتشر: ” التطورات ستسهل على المزيد من الشركات البدء في العمل على الحوسبة الكمومية. لن نستيقظ ذات صباح ونعيش في عالم جديد من الحوسبة الكمومية.”

ما فائدة الحوسبة الكمومية؟

مع أن فوائد أجهزة الكومبيوتر الكمومية هي نظرية في الغالب حتى اليوم، تأمل شركة غوغل أنها ستكون قادرة على تأمين خدمة لمن هم بحاجة للأرقام العشوائية، وهي جزء أساسي من عملية التشفير للحفاظ على سرية الرسائل و الأعمال التجارية.

ومع نضوج أجهزة الكمبيوتر والخوارزميات و انتشار الخبرة، يتوق دعاة الكومبيوتر الكمومي إلى معالجة التحديات التي تفوق قدرة الأجهزة التقليدية.

نحن نستعمل الكوانتوم لحل أجزاء مهمة للغاية من مشاكل في الكيمياء، علم المواد و الخدمات المالية، يقول غارسيا من شركة آي بي إم.

عمليات محاكاة الكيمياء الكمومية مهمة بشكل خاص، لأن محاكاة بنى ذرية على المستوى الكمومي هو أمر مستحيل مع استثناء محاكاة الجزيئات البسيطة. بالإضافة لهذا يمكن لعمليات المحاكاة أن تقود إلى منافع حقيقية كإنتاج أسمدة أرخص أو بطاريات سيارات أفضل أو ألواح شمسية أفضل أداءً.

و من بين الأمثلة الأخرى:

شركة طيران دلتا تستعمل جهاز كومبيوتر آي بي إم كيو الكمومي بهدف تسريع عملية إعادة جدولة الرحلات بعد حصول اضطرابات كبيرة كالأعاصير والعواصف الثلجية.

مسرع الجزيئات الأكبر في العالم “سيرن” يستعمل الكمبيوتر الكمومي لفهم الكون بطريقة أفضل.

شركة دايملر للسيارات تود إبتكار بطاريات للسيارات بقدرات أعلى وأن تكون بنفس الوقت أرخص وأن تقلل من التأثيرات المضرة بالبيئة.

بنك جي بي مورغان تشيس يطمح لتحسين استراتيجيات التعامل بالأسهم و تحليل المخاطر المالية.

شركة أو تي إل لام إيونيكس تستعمل نظام آجور الكمومي من شركة مايكروسوفت بهدف تسريع عملية البحث عن مواد جديد يمكن أن تدخل في صناعة الشاشات المسطحة المستخدمة في أجهزة كالتلفزيون و التلفون و التابليتس.

شركة يو كي ستارت أب كامبردج للحوسبة الكمومية تحاول تطوير علم التشفير لأمن الأجهزة.

شركتا غوغل و آي بي إم تريان مستقبلا واعدا في تحسين الذكاء الصنعي و استخدامه في تشخيص الأمراض و الكشف عن عمليات الاحتيال.

و لكن الحوسبة الكمية لا يمكن أن تُسرّع كل مشكلة حسابية. يقول غاريسون من شركة أكسنتشر: “لن تحل الأجهزة الكمومية محل الأجهزة التقليدية. لكن سيتم استخدامها لحل مشاكل محددة للغاية.”

تحديات كمومية

عقبة ضخمة لا زالت تعترض طريق استخدام الحواسب الكمومية هي أن الناس العاديين لا يعرفون كيف يستخدمونها. و لهذا فإن جزء من السباق حول الخدمة السحابية الكمومية يتعلق بوضع واستخدام برمجيات كمومية بما فيها Qiskit من شركة آي بي إم، مجموعة أدوات مايكروسوفت الكمومية ومجموعة أدوات Cirq من شركة غوغل.

تعليم الجيل القادم من علماء الكومبيوتر حول الحوسبة الكمومية هو أمر حاسم. و لهذا تقدم شركة آي بي إم مواد تعليمية عبر اليوتيوب و كتباً مجانية للاستخدام في الجامعات. بالإضافة لهذا تم تصميم لغة البرمجة Qiskit لتتضمن لغات برمجة يعرفها المبرمجون مسبقا كلغة Python، كما يقول غارسيا.

الحواسب الكمومية اليوم هي ضخمة و معقدة. الكابلات الملفوفة و البرّاقة تبدو و كأنها مصنعة بتقنية عالية، و لكنها في الواقع مصنعة يدويا على عكس الشرائح الالكترونية الدقيقة في الأجهزة التقليدية و التي يتم انتاجها بكميات ضخمة. أجهزة شركتي آي بي إم و غوغل يجب تبريدها إلى درجة حرارة تبلغ أجزاءً بسيطة من درجة واحدة فوق درجة الصفر المطلقة، أبرد من الفضاء الخارجي. الهدف من التبريد هو منع الطاقة من الخارج من التشويش على الكيوبيتس فائقة الحساسية و إفساد عملياتها الحسابية.

مجموعة من أجهزة الكومبيوتر و أجهزة مختصة أخرى تتحكم بالكومبيوتر الكمومي و ترسل تعليمات و تتلقى النتائج عبر نبضات مايكرويفية تمر عبر الكابلات المعلقة كالثريا.

الأولوية بالنسبة لشركة آي بي إم هي مضاعفة “الحجم الكمومي” كل عام. الحجم الكمومي هو عملية قياس تشمل عدد الكيوبيتس و عوامل أخرى كطول الفترة الزمنية التي يمكن استخدامها قبل أن يُفسد معدل الأخطاء العالي عملية الحساب. معظم الشركات الأخرى لم تتبنى الحجم الكمومي كمقياس للأداء. لكن شركة هانيويل وعدت في شهر آذار الماضي بزيادة الحجم الكمومي عشرة أضعاف في العام، متجاوزة بذلك شركة آي بي إم بمراحل.

يعلّق باتريك مورهيد وهو محلل من شركة مور انسايتس آند ستراتيجي حول وعد شركة هانيويل: “هذا يُسرّع جدولي الزمني حول الحاسب الكمومي تقريبا لخمس سنوات, وربما أسرع من ذلك.”

ومع دخول عمالقة التكنولوجيا حلبة المنافسة فإن هذا الجدول الزمني سيتحرك للأمام دائما. شركات كأمازون، أي بي إم، غوغل ومايكروسوفت و شركات آخرى تتنافس لوضع كل إمكانياتها في متناول المزيد من المنظمات عبر نظام السحابة. خدمات الحوسبة الكمومية ستصبح أقرب إلى مجال الاستخدام اليومي.

 

المصدر