باحثون صينيون يبتكرون كمبيوترًا فائقًا كميًا يعمل بالدائرة البصرية

أظهر فريق من الباحثين من معاهد بحثية مختلفة في جميع أنحاء الصين مؤخرًا التفوق الكمومي بفضل كمبيوتر كمومي ضوئي. ووصف مقال نُشر مؤخرًا في مجلة ساينس الكمبيوتر الكمومي باسم “جيوزانغ”.

وفقًا لما ذكرته لايف ساينس، صمم الكمبيوتر الكمومي، الذي صممه في الغالب باحثون في جامعة العلوم والتكنولوجيا، ويُreported أنه أكثر قوة من الكمبيوتر الكمومي الذي صممه جوجل في عام 2019. في عام 2019، زعمت جوجل أنها صممت أول كمبيوتر على الإطلاق حقق “التفوق الكمومي”، وهو ما يشير إلى استخدام الكمبيوترات الكمومية لتجاوز الكمبيوترات الفائقة التقليدية الحالية. ويُreported أن جيوزانغ أسرع حوالي 10 مليارات مرة من الكمبيوتر الكمومي الذي صممه جوجل.

في السنوات القليلة الماضية، قامت الصين باستثمارات ضخمة في مجال الحوسبة الكمومية، حيث مولت البحث في مختبر العلوم الوطنية للمعلومات الكمومية بمبلغ يقرب من 10 مليارات دولار. بالإضافة إلى ذلك، الصين هي واحدة من قادة العالم في شبكات الكم. تستخدم شبكات الكم ميكانيكا الكم لتشفير البيانات أثناء نقلها على مسافات طويلة.

تستفيد الكمبيوترات الكمومية من الخصائص الفريدة للجسيمات الكمومية للحصول على أداء أفضل من الكمبيوترات التقليدية. يمكن للكمبيوترات الكلاسيكية فقط معالجة البيانات التي توجد في واحد من حالتين مختلفتين. تستخدم البتات في نظام الثنائي أرقام 1 و 0 لتمثيل البيانات، وهو محدود بشكل固 hữu مقارنة بالبتات الكمومية (qubits) التي يمكن أن توجد في أكثر من حالتين في نفس الوقت. تمكن هذه الخاصية الكمبيوترات الكمومية من معالجة مشكلات أكثر تعقيدًا ومعالجة المهام بسرعة أكبر من الكمبيوترات الفائقة حتى اليوم.

لقد تم نظریة لفترة طويلة أن الكمبيوترات الكمومية يمكن أن تهزم الكمبيوترات الحديثة بشكل كبير، ولكن إنتاج كمبيوتر كمومي موثوق به هو تحدي هندسي لا يزال قائمًا. غالبًا ما تحتاج الكمبيوترات الكمومية إلى أن تكون موجودة في بيئات خاضعة للرقابة تمنع التقلبات في درجة الحرارة أو المتغيرات البيئية الأخرى التي يمكن أن تؤثر على حسابات الكمبيوتر الكمومي. قامت مجموعات البحث حول العالم بتجربة طرق مختلفة لبناء الكمبيوترات الكمومية. في حين أن كمبيوتر جوجل الكمومي يعتمد على مواد فائقة التوصيل متكاملة مع الشريحة، يعتمد Jiuzhang على الدوائر البصرية.

为了 اختبار Jiuzhang، قام فريق البحث بتشغيله لمحاكاة دائرة تستخدم الضوء وتعيد قائمة بالأرقام. هذا العملية известة باسم عينة بوزون غاوسية. كان الهدف هو الكشف عن عدد أكبر من الفوتونات. Jiuzhang هو دائرة بصرية نفسه، وقام بتحقيق رقم قياسي بتحليل 76 فوتونًا.

وفقًا للمقال المنشور في ساينس، استغرق الأمر حوالي 200 ثانية لتوليد قائمة بالأرقام لكل تجربة من تجارب الكمبيوتر الكمومي. سوف يستغرق الكمبيوترات الفائقة التقليدية حوالي 2.5 مليار سنة لتوليد قائمة بالأرقام نفسها. إذا كان نفس معدل الحوسبة صحيحًا لمهام أخرى، قد تكون الكمبيوترات الكمومية قادرة على إجراء الحسابات بسرعة حوالي 100 تريليون مرة أكثر من الكمبيوترات الفائقة التقليدية.

من المهم ملاحظة أن Jiuzhang يمكنه فقط إجراء مجموعة ضيقة من المهام التي تم تطويره من أجلها، وهي تلك التي تركز حول عينة بوزون غاوسية. Jiuzhang ليس كمبيوترًا كموميًا عامًا. ومع ذلك، إنه خطوة نحو إنشاء كمبيوترات كمومية عملية.

وفقًا لتيك إكسبلور، Jiuzhang ليس الكمبيوتر الوحيد الذي أظهر تقدمًا حديثًا في تكنولوجيا الحوسبة البصرية التي لها تأثيرات محتملة على الذكاء الاصطناعي. قام فريق من الباحثين بمراجعة التقدم الأخير المتعلق بتطبيق الحوسبة البصرية على تكنولوجيا الحوسبة البصرية، ووجد أن منصات الحوسبة البصرية يمكن أن تتوافق مع الشبكات العصبية العميقة.

دراسة فريق البحث عدة أمثلة على الحوسبة البصرية جنبًا إلى جنب مع الذكاء الاصطناعي، ووجد أن الاستدلال القائم على الذكاء الاصطناعي بناءً على الضوء المتحرك عبر الأجهزة البصرية يمكن استخدامه لإنشاء أشكال جديدة من تكنولوجيا الحوسبة البصرية. وتشمل هذه الشبكات العصبية البصرية التي يمكنها معالجة وتصنيف الأشياء بسرعة دون الحاجة إلى مصدر طاقة خارجي، واعتمادها على الضوء الوارد لتشغيل الحسابات.

يمكن لأجهزة الذكاء الاصطناعي التي تعمل في أنظمة مثل المنازل الذكية والمستشعرات عن بعد والمركبات ذاتية الحركة تعزيز قوة كمبيوتر إلكتروني عادي باستخدام الضوء لمحاكاة الأشياء والبيئة المحيطة بها. يمكن أن تستفيد أنظمة الكمبيوتر الهجينة من مرونة الكمبيوترات التقليدية ومتوازيته وسرعته.