هل يعد الكمبيوتر الكمي Willow الجديد من Google أمرًا مهمًا حقًا؟

كشفت شركة جوجل النقاب عن جهاز كمبيوتر كمي جديد، وتدعي مرة أخرى أنها تقدمت في السباق لإظهار أن هذه الآلات الغريبة يمكنها التغلب حتى على أفضل أجهزة الكمبيوتر العملاقة التقليدية في العالم – فهل يعني ذلك أن أجهزة الكمبيوتر الكمومية المفيدة موجودة أخيرًا؟

كان الباحثون في شركة التكنولوجيا العملاقة هم الأوائل في العالم الذين أظهروا هذا العمل الفذ، المعروف باسم التفوق الكمي، مع الإعلان عن شريحة الحوسبة الكمومية Sycamore في عام 2019. ولكن منذ ذلك الحين، لحقت الحواسيب العملاقة بالركب، تاركة Sycamore وراءها. الآن، أنتجت Google شريحة كمومية جديدة، تسمى Willow، والتي يقول جوليان كيلي من Google Quantum AI إنها الأفضل في الشركة حتى الآن.

ويقول: “يمكنك أن تفكر في هذا باعتباره يتمتع بجميع مزايا Sycamore، ولكن إذا نظرت أسفل الغطاء، فستجد أننا غيرنا الشكل الهندسي… وأعدنا تصور المعالج”.

في حين أن الإصدار الأكثر تقدمًا من Sycamore يضم 67 من أجل معالجة المعلومات، تمت ترقية Willow إلى 105، أو البتات الكمومية. ومن الناحية المثالية، يجب أن تكون أجهزة الكمبيوتر الكمومية الأكبر حجمًا أيضًا أكثر قوة، لكن الباحثين وجدوا أن الكيوبتات في الأجهزة الأكبر حجمًا تكافح من أجل البقاء متماسكة، مما يفقدها كميتها. وقد شهد ذلك أيضًا المنافسون IBM وشركة Atom Computing الناشئة في كاليفورنيا، اللتان أطلقتا مؤخرًا أجهزة كمبيوتر كمومية تحتوي على أكثر من 1000 كيوبت.

يقول كيلي إنه لهذا السبب، كانت جودة الكيوبتات موضع تركيز كبير للفريق، وأن الكيوبتات الكمومية الخاصة بـ Willow يمكنها الحفاظ على حالاتها الكمومية المعقدة – وبالتالي تشفير المعلومات بشكل موثوق – لفترة أطول بخمس مرات من قدرة Sycamore.

تستخدم جوجل مهمة قياس أداء محددة تسمى RCS لتقييم أداء أجهزة الكمبيوتر الكمومية الخاصة بها، والتي تفوقت فيها ويلو، كما يقول هارتموت نيفن، الذي يعمل أيضًا في Google Quantum AI. تتضمن المهمة التحقق من أن عينة الأرقام التي يخرجها برنامج يتم تشغيله على الشريحة لها توزيع عشوائي قدر الإمكان. لعدة سنوات، كان بإمكان Sycamore القيام بذلك بشكل أسرع من أفضل أجهزة الكمبيوتر العملاقة في العالم، ولكن في عام 2022، ثم مرة أخرى في عام 2024، تم تسجيل أرقام قياسية جديدة بواسطة أجهزة الكمبيوتر التقليدية.

تقول جوجل إن ويلو وسعت الفجوة مرة أخرى بين الآلات الكمومية والآلات التقليدية، حيث استغرقت المهمة 5 دقائق على الشريحة، بينما تقدر الشركة أن الأمر سيستغرق 10 سيبتيليون سنة، أو أكثر بكثير من مربع عمر الكون، على جهاز رائد. الكمبيوتر العملاق.

في هذه المقارنة، قام الباحثون بتصميم نسخة من الكمبيوتر العملاق Frontier (الذي تم تخفيض رتبته مؤخرًا إلى ثاني أقوى كمبيوتر عملاق في العالم) بذاكرة أكبر مما يمكنه استخدامه حاليًا، وهو ما يؤكد فقط القوة الحسابية لـ Willow، يقول نيفين. على الرغم من تحطيم الأرقام القياسية التي حققها Sycamore، فهو واثق من أن Willow ستحافظ على مكانتها كبطل لفترة أطول بكثير مع وصول أساليب الحوسبة التقليدية إلى حدودها.

ما لا يزال غير واضح هو ما إذا كان Willow يمكنه فعل أي شيء مفيد، نظرًا لأن اختبار تقييم RCS ليس له تطبيق عملي. يقول كيلي إن النجاح في المعيار هو شرط “ضروري ولكنه غير كاف” لفائدة الكمبيوتر الكمي، على الرغم من أن أي شريحة تفشل في أن تكون رائعة في RCS لن تحظى بفرصة أن تصبح عملية لاحقًا.

لكن لدى فريق Google سببًا آخر للإيمان بمستقبل Willow المشرق، وهو أنه جيد جدًا في تصحيح أخطائه. يعد ميل أجهزة الكمبيوتر الكمومية إلى ارتكاب الأخطاء أحد أكبر المشكلات التي تمنعها حاليًا من الوفاء بوعدها بأن تكون أقوى من أي نوع آخر من أجهزة الكمبيوتر. ولتحسين ذلك، قام الباحثون، بما في ذلك فريق جوجل، بتجميع الكيوبتات المادية معًا لتشكيل “الكيوبتات المنطقية”، والتي تكون أكثر مرونة في مواجهة الأخطاء.

مع Willow، أظهر الفريق أنه مع زيادة حجم الكيوبتات المنطقية، فإنها أصبحت أفضل في منع الأخطاء، حيث ترتكب حوالي نصف عدد الأخطاء التي ترتكبها الكيوبتات المادية التي تتألف منها. علاوة على ذلك، انخفض معدل الخطأ هذا إلى النصف عندما تضاعف حجم الكيوبتات المنطقية تقريبًا. وبهذه الطريقة، وصل باحثو Google إلى عتبة يعتقدون أنهم يستطيعون الاستمرار في زيادة عدد الكيوبتات – مما يجعل أجهزة الكمبيوتر الكمومية أكبر وأكبر – وجعلهم يتحسنون في إجراء العمليات الحسابية، وهو ما لم يكن اتجاهًا حتى الآن.

يقول أندرو كليلاند Andrew Cleland من جامعة شيكاغو: “هذه، في رأيي، نتيجة مميزة، وبينما لا نزال بعيدين عن عرض حاسوب كمي عملي، إلا أنها خطوة مهمة وضرورية نحو هذا الهدف”.

يقول مارتن وايدس من جامعة جلاسكو بالمملكة المتحدة إن العمل الجديد يرسم طريقًا نحو بناء أجهزة كمبيوتر كمومية «متسامحة مع الأخطاء» – تلك التي يمكنها اكتشاف جميع أخطائها وتصحيحها. لا تزال هناك تحديات، لكن هذه التطورات تمهد الطريق لتطبيقات تحويلية في كيمياء الكم، مثل اكتشاف الأدوية وتصميم المواد، كما يقول، وكذلك في التشفير والتعلم الآلي.

إن التركيز على تصحيح الأخطاء عبر المختبرات الأكاديمية وصناعة الحوسبة الكمومية المزدهرة جعل التقدم في الكيوبتات المنطقية نقطة مهمة للمقارنة بين أفضل أجهزة الكمبيوتر الكمومية اليوم. في عام 2023، استخدم فريق من الباحثين في جامعة هارفارد وشركة QuEra الناشئة الكيوبتات المصنوعة من ذرات الروبيديوم شديدة البرودة لتسجيل الرقم القياسي لأكثر الكيوبتات المنطقية التي تم إنشاؤها على الإطلاق. في وقت سابق من هذا العام، قام الباحثون في Microsoft وAtom Computing بربط عدد قياسي من الكيوبتات المنطقية من خلال التشابك الكمي.

يختلف نهج جوجل لأنه يركز على جعل الكيوبتات المنطقية الفردية أكبر وأكبر، وكذلك أفضل وأفضل، بدلاً من تعظيم عددها. “يمكننا تقسيم رقاقتنا إلى كيوبتات منطقية أصغر وأصغر وتشغيل الخوارزميات، لكننا أردنا حقًا الوصول إلى هذه العتبة. هذا هو المكان الذي توجد فيه كل التحديات الأساسية مع العلوم والهندسة [of quantum computing] يقول كيلي.

ومع ذلك، في نهاية المطاف، سيكون الاختبار الأكبر لتأثير ويلو هو ما إذا كان بإمكانه تحقيق الهدف الذي تسعى إليه جميع أجهزة الكمبيوتر الكمومية الأخرى أيضًا، وهو إجراء حساب موثوق لشيء مفيد ولكنه غير ممكن على أي كمبيوتر تقليدي. يقول نيفين إن الجميز قد تم استخدامه بالفعل لتحقيق اكتشافات علمية، كما هو الحال في فيزياء الكم، لكن الفريق يضع نصب عينيه المزيد من التطبيقات الواقعية باستخدام ويلو. “نحن نتجه نحو حسابات ومحاكاة جديدة لا تستطيع أجهزة الكمبيوتر التقليدية القيام بها.”