أحدث الإنجازات في الحوسبة الكمومية 2024: ما الذي تغير بالفعل وسبب أهميته

هناك نسخة من قصة الحوسبة الكمومية يتم عرضها بشكل متكرر كل عام: بيان صحفي لاهث، رقم كبير جدًا لدرجة أنه يكسر الفهم، ثم الصمت. كان عام 2024 مختلفًا بالنسبة للباحثين الذين يتابعون هذا المجال عن كثب. ليس بسبب إعلان واحد، ولكن بسبب ثلاث لحظات اختراق منفصلة حدثت خلال أشهر من بعضها البعض - كل منها من شركة مختلفة تستخدم نهجًا مختلفًا جذريًا لنفس المشكلة. عندما يحدث ذلك في وقت واحد عبر بنيات الأجهزة، فعادةً ما تكون هذه علامة على أن المجال يتحرك بدلاً من الدوران.

إليك ما تغير فعليًا في عام 2024، وسبب أهمية كل تطور، وما هي التحذيرات الصادقة.

Google Willow: الشريحة التي غيرت محادثة تصحيح الأخطاء

وصلت أكبر الأخبار لهذا العام في 9 ديسمبر 2024. كشف فريق الذكاء الاصطناعي الكمي في Google النقاب عن Willow - وهو معالج فائق التوصيل بسرعة 105 كيوبت تم بناؤه في منشأة التصنيع المخصصة لهم في جامعة كاليفورنيا في سانتا باربرا - وما أظهره لم يكن مجرد شريحة أسرع. لقد كان دليلاً على شيء كان المجال يحاول إثباته منذ ما يقرب من ثلاثة عقود.

الإنجاز الأساسي: عندما أضافت Google المزيد من الكيوبتات إلى Willow، انخفض معدل الخطأ بدلاً من الارتفاع. هذا يبدو بسيطا. ليس كذلك. لسنوات عديدة، كان الإحباط الرئيسي للحوسبة الكمومية هو أن المزيد من الكيوبتات يعني المزيد من الضوضاء، والمزيد من عدم الاستقرار، والمزيد من الأخطاء المتتالية من خلال الحسابات. يمكنك بناء نظام أكبر، لكنه سيكون أقل موثوقية. قطعت ويلو تلك العلاقة. وباستخدام بنية تصحيح الأخطاء، أظهرت الشريحة ما يسمى بعملية "تحت العتبة" - وهي النقطة التي يساعد فيها القياس فعليًا بدلاً من أن يضر.

أصبح المعيار القياسي الذي أطلقته Google جنبًا إلى جنب مع هذا الإعلان مشهورًا على الفور: أكمل Willow عملية حسابية لعينات الدوائر العشوائية في أقل من خمس دقائق والتي قد تستغرق أسرع كمبيوتر عملاق كلاسيكي اليوم 10 سبتيليون سنة - أي 10²⁵ سنة، أي ما يقرب من مليون مرة عمر الكون الحالي. وعلى حد تعبير هارتموت نيفين، الذي أسس شركة Google Quantum AI في عام 2012: "لقد تجاوزنا نقطة التعادل". تم نشر التفاصيل التقنية الكاملة في مجلة Nature الخاضعة لمراجعة النظراء، وهو أمر مهم: لقد اجتذبت ادعاءات التفوق الكمي السابقة انتقادات مشروعة، ويعد وجود المنهجية المتاحة للتدقيق فرقًا ذا معنى.

يتوفر الإعلان الرسمي والوثائق الفنية مباشرةً على مدونة Google Quantum AI.

التحذير الصادق: لا يزال اختبار Willow القياسي ضيقًا. يثبت أخذ عينات عشوائية من الدوائر أن بعض العمليات الحسابية مستعصية على الحل الكلاسيكي لهذه الشريحة - وهذا لا يعني أن Willow يمكنه حاليًا تشغيل تطبيقات اكتشاف الأدوية أو نمذجة المناخ التي يتم ذكرها كلما ظهرت الحوسبة الكمومية. إن قيمة Willow معمارية: فهي توضح أن الحوسبة الكمومية المصححة للأخطاء واسعة النطاق لم تعد سقفًا نظريًا بعد الآن. إنه مسار هندسي مثبت.

مايكروسوفت وQuantinuum: معلم Qubit المنطقي

قبل ثمانية أشهر من إعلان Willow، نشرت Microsoft وQuantinuum نتيجة في أبريل 2024، والتي حظيت بقدر أقل من الصحافة العامة ولكن يمكن القول إنها حظيت باهتمام أكبر من الباحثين. لقد أظهروا كيوبتات منطقية ذات معدلات خطأ أقل بـ 800 مرة من الكيوبتات المادية المقابلة التي تم إنشاؤها منها، وذلك باستخدام ما أطلقت عليه مايكروسوفت "المحاكاة الافتراضية للبتات الكمومية".

إن التمييز بين الكيوبتات المادية والمنطقية هو الخط الفاصل الحقيقي في الحوسبة الكمومية. الكيوبتات المادية هي وحدات الأجهزة، فهي مزعجة وحساسة لدرجة الحرارة والاهتزاز والتداخل الكهرومغناطيسي والوقت نفسه. يتم إنشاء الكيوبتات المنطقية من خلال الجمع بين عدة كيوبتات مادية في بنية تقوم بتشفير المعلومات بشكل متكرر، بحيث يمكن اكتشاف الأخطاء وتصحيحها دون تدمير العمليات الحسابية. كان التحدي دائمًا هو أن الكيوبتات المنطقية تتطلب الكثير من الكيوبتات المادية لبنائها، مما يجعل الأمر برمته غير عملي. إن تقليل معدل الخطأ بمقدار 800 مرة يعني أن الكيوبتات المنطقية بدأت تبدو واقعية وليست نظرية.

قامت Microsoft بتوسيع هذا الأمر بشكل أكبر في نوفمبر 2024. من خلال العمل مع Atom Computing، نجحوا في إنشاء وتشابك 24 كيوبتًا منطقيًا باستخدام ذرات الإيتربيوم المحايدة شديدة البرودة - مسجلين رقمًا قياسيًا جديدًا والقيام بذلك بدقة رائعة للبوابة: 99.963% لعمليات البت الكمي الواحد و99.56% للبوابات المتشابكة ثنائية الكيوبت. يستخدم نهج الذرة المحايدة ذرات مبردة بالليزر مثبتة في مكانها بواسطة ملاقط بصرية، وهي بنية مختلفة تمامًا للأجهزة عن أجهزة الإرسال فائقة التوصيل من Google. وهذا مهم لأنه يعني أن مسارات متعددة قابلة للتطبيق نحو الحوسبة الكمومية المتسامحة مع الأخطاء تتقدم في وقت واحد، بدلاً من الرهان على كل شيء على نهج واحد.

ثم في ديسمبر 2024، ذهب كوانتينوم إلى أبعد من ذلك: حيث قام بتشابك 50 كيوبتًا منطقيًا، وهو رقم قياسي آخر، ودليل على أن عصر الكيوبتات المنطقية ليس علامة فارقة في المستقبل، بل هو حاضر نشط.

IBM Heron R2: اختراق الانضباط الهندسي

استحوذت الكيوبتات المنطقية من Google وWillow من Microsoft على m