علماء يعملون على إحضار خصائص الكمبيوتر الكمومي إلى الكمبيوترات الكلاسيكية

مجموعة من العلماء من جامعة لينكوبينغ تمكنت من демонstrate كيفية عمل كمبيوتر كمومي، وتمكنت من محاكاة خصائصها في كمبيوتر كلاسيكي.

“ينبغي أن تكون نتائجنا مهمة للغاية في تحديد كيفية بناء كمبيوتر كمومي”، قال البروفيسور يان-آكي لارسون.

السويد وأوروبا وأجزاء أخرى من العالم تستثمر موارد كبيرة وتركز البحث على إنشاء كمبيوترات كمومية سريعة وقوية. في غضون عشر سنوات، من المتوقع بناء كمبيوتر كمومي سويدي، وقد اعتبر الاتحاد الأوروبي تكنولوجيا الكمومية واحدة من مشاريعه الرئيسية.

في الوقت الحالي، لدينا quelques خوارزميات مفيدة يمكن استخدامها في الكمبيوترات الكمومية. على الرغم من ذلك، هذه التكنولوجيا ستكون مهمة للغاية في محاكاة الأنظمة البيولوجية والكيميائية والفيزيائية. العديد من هذه الأنظمة معقدة للغاية بالنسبة لأقوى الكمبيوترات التي لدينا الآن. في الكمبيوتر، يمكن للبت أن يأخذ قيمة 1 أو 0، ولكن البت الكمومي يمكن أن يأخذ جميع القيم بينهما. هذا يعني أن الكمبيوترات الكمومية لا تحتاج إلى تنفيذ العديد من العمليات لكل حساب يتم إجراؤه.

البروفيسور يان-آكي لارسون وطالب الدكتوراه نيكلاس يوهانسون، من قسم الترميز للمعلومات في قسم الهندسة الكهربائية، جامعة لينكوبينغ، قد اكتشفوا الكثير من سبب كون الكمبيوتر الكمومي أكثر قوة من الكمبيوتر الكلاسيكي. كما نظروا في ما يحدث داخل الكمبيوتر الكمومي.

تم نشر نتائج البحث في المجلة العلمية Entropy.

“لقد أظهرنا أن الفرق الرئيسي هو أن الكمبيوترات الكمومية لديها درجتان من الحرية لكل بت. من خلال محاكاة درجة حرية إضافية في الكمبيوتر الكلاسيكي، يمكننا تشغيل بعض الخوارزميات بسرعة مماثلة لما ستحققه في كمبيوتر كمومي”، يقول يان-آكي لارسون.

الفريق قد أنشأ أداة محاكاة تسمى Quantum Simulation Logic، أو QSL. وهي تسمح لهم بمحاكاة عمل الكمبيوتر الكمومي على كمبيوتر كلاسيكي. لدى QSL خاصية واحدة محددة، وهي الوحيدة التي يمتلكها الكمبيوتر الكمومي ولا يمتلكها الكمبيوتر الكلاسيكي. وهي درجة حرية إضافية لكل بت ي участвует في الحساب.

“بالتالي، لكل بت درجتان من الحرية: يمكن مقارنتها بنظام ميكانيكي حيث لكل جزء درجتان من الحرية – الموقع والسرعة. في هذه الحالة، نتعامل مع بتات الحساب – التي تحمل معلومات عن نتيجة الدالة، وبتات الطور – التي تحمل معلومات عن هيكل الدالة”، يشرح يان-آكي لارسون.

تم استخدام أداة QSL من قبل الفريق لدراسة بعض الخوارزميات الكمومية التي تتحكم في هيكل الدالة. العديد من تلك الخوارزميات تكون سريعة في المحاكاة كما لو كانت في كمبيوتر كمومي.

“تظهر النتيجة أن السرعة الأعلى في الكمبيوترات الكمومية تأتي من khảية تخزينها ومعالجتها واسترجاع المعلومات في درجة حرية إضافية. هذا يسمح لنا بفهم أفضل لكيفية عمل الكمبيوترات الكمومية. كما ينبغي أن يجعل من بناء الكمبيوترات الكمومية أسهل، لأننا نعرف أي الخاصية هي الأكثر أهمية للكمبيوتر الكمومي ليعمل كما هو متوقع”، يقول يان-آكي لارسون.

الفريق قد بنى أيضًا نسخة فيزيائية باستخدام المكونات الإلكترونية. استخدموا بوابات مشابهة لتلك الموجودة في الكمبيوترات الكمومية، وأداة محاكاة ت模ّل كيفية عمل الكمبيوتر الكمومي. هذا يمكن أن يسمح للطلاب والآخرين بمحاكاة وفهم كيفية عمل التشفير الكمومي والتلپорт الكمومي، من بين جوانب أخرى من الكمبيوترات الكمومية.

يمكن أن يضيف هذا البحث الجديد إلى التفاعل المتزايد بين الحوسبة الكمومية والذكاء الاصطناعي. واحدة من هذه التفاعلات هي تعيين الميزات. وقد أظهرت الأبحاث الأخرى التي أجراها أبحاث آي بي إم وMIT وOxford أن الكمبيوترات الكمومية سوف تكون قادرة على أداء تعيين الميزات على هياكل بيانات معقدة للغاية، وهو شيء لا يمكن للكمبيوترات الكلاسيكية فعله. تعيين الميزات مهم في التعلم الآلي، ويمكن أن يؤدي إلى ذكاء اصطناعي أكثر فعالية يمكنه تحديد الأنماط في البيانات التي لا يمكن للكمبيوترات الكلاسيكية اكتشافها.

随着 إجراء المزيد من الأبحاث في هذه المجالات، سوف يكون هناك المزيد من التفاعل بين هاتين المجالتين المهمتين.