محاولة التغلب على الضوضاء في الكمبيوتر الكمي

الذكاء الاصطناعي؟ خلق أكوان بديلة؟ في مختبر أبحاث الدكتور روي، لا يبحر مساعدي في معهد وايزمان للعلوم في العواقب المروعة التي تصورها كتاب الخيال العلمي. إنهم يفضلون التركيز على سؤال محدد: الحفاظ على المعلومات المشفرة في الذرة

في النهاية ترى أسطوانات معدنية، ومضات من أشعة الليزر بألوان مختلفة، وترى مجالًا من العدسات المستقيمة. في النهاية، ترى أنبوبًا بداخله، في قلب المجالات الكهربائية، ذرة محاصرة، وقد تم تمزيق أحد إلكتروناتها، وتبريدها إلى درجة حرارة الصفر المطلق تقريبًا. بالنسبة لي، هذه هي معجزة التكنولوجيا، القدرة على تجسيد النظريات العظيمة في ستين شيئًا، في صناديق تغير العالم. لأن الذرة الموجودة بلا حراك في مختبر أبحاث الدكتور روي أوزيري يمكنها، بشكل غير مباشر، المساعدة في بناء كمبيوتر كمي فعال.

لقد تم بالفعل وضع الخطوط الأساسية للحوسبة الكمومية في الثمانينيات، وهي مستمدة من ميزة تظهرها الجسيمات على المستوى الكمي - وهي وجودها في عدة حالات فيزيائية في نفس الوقت. وأشهر مثال على ذلك هو قطة شرودنغر: وهي قطة في صندوق مغلق، حيث توجد أيضاً كبسولة من الغاز السام مع مفتاح حساس مسؤول عن إطلاق محتوياتها. أطلق إلكترونًا على المفتاح. هل القطة حية أم ميتة؟ حسنًا، طالما لم تفتح لتتأكد، فالقط موجود في حقيقتين، في أحدهما تسمم ومات، وفي الآخر على قيد الحياة ويتنفس، لأن وجود الإلكترون في الفضاء هو احتمال وظيفة وليست نقطة ثابتة، اضغط على المفتاح ولم تضغط أيضًا. يمكن استخدام هذا التراكب الدقيق لمعالجة المعلومات.

إن أجهزة الكمبيوتر الرقمية اليوم، مهما كانت متطورة، مبنية على مبدأ ثنائي. يمكن أن تكون البتات التي تقوم بمعالجة البيانات في إحدى الحالتين، واحدة أو صفر. البتات الكمومية - أي الجسيمات الأولية التي تمثل إحدى خصائصها المعلومات - يمكن أن تكون في عدة حالات في نفس الوقت. ما الذي يجعل من الممكن، نظريًا، معالجة كميات هائلة من المعلومات: في حين أن الكمبيوتر الرقمي سيشغل الحلول الممكنة لمشكلة معينة بشكل تسلسلي، فإن الكمبيوتر الكمي سيشغلها جميعًا في نفس الوقت. تتراوح الآثار المترتبة على التكنولوجيا التي ستنجح في تسخير قوة المعالجة هذه بين ما هو فوري وما لا يمكن تصوره.

وللأسف، فإن العواقب المباشرة هي مصدر تمويل معظم الأبحاث في مجال الحوسبة الكمومية. سيكون أحد الأغراض الرئيسية للحاسوب الكمي الأول هو تشغيل خوارزمية للعثور على العوامل الأولية لعدد معين، وهي مهمة تعتبر مستحيلة الأداء في زمن ليس جيلا، وبالتالي تشكل افتراض العمل تشفير المعلومات الرقمية اليوم. مالك الحاسوب الكمي - ومن المفترض أنه بسبب تكاليف الإنتاج والمعرفة المطلوبة سيكون مؤسسة حكومية أو هيئة قوية - سيكون له حرية الوصول إلى كل قطعة من المعلومات التي يتم نقلها إلى الفضاءات الافتراضية، على طريقها إلى الإنترنت. لكن الدكتور أوزاري وفريقه من علماء الفيزياء التجريبية - نيتسان أكرمان، ويانون جليكمان، وآنا كيسلمان، ويوناتان دلال، وشلومي كوتلر - في مختبرهم في قسم فيزياء الأنظمة المعقدة في معهد وايزمان للعلوم، غير مهتمين بالأمر الفوري. أو حتى تلك العواقب المروعة التي تصورها كتاب الخيال العلمي في العقود الأخيرة - الذكاء الاصطناعي (هل الدماغ البشري عبارة عن كمبيوتر كمي؟)، أو خلق أكوان بديلة. لا. إنهم يريدون التحقق من كيفية الحفاظ على المعلومات المشفرة بالفعل في تراكب الذرة المجمدة في قلب المجالات الكهربائية.

لأن تكنولوجيا الحوسبة الكمومية بها نقطتا ضعف: الأولى - بمجرد إجراء القياس، بمجرد فتح صندوق شرودنغر للتحقق من حالة القطة، تختفي الحقائق المحتملة للجسيم، ولا تترك سوى حقيقة واحدة؛ والثاني - بمجرد زيادة عدد البتات الكمومية، أو الجزيئات، يتم إنشاء الضوضاء، وتبدأ المعلومات في التدفق وتختفي، وتختفي بعض الحالات.

النقطتان تنطويان على بعضهما البعض. في الواقع، هذا هو التفسير الشائع لماذا، في تجربتنا اليومية، لا تتصرف الأشياء بطرق كمومية مشوهة، وتومض على حافة الوجود وفقًا لاحتمال ظهورها. يقول الدكتور أوزاري: "من المستحيل الإشارة إلى عائق. إذا كان النظام هو مجموع جميع أجزائه، فلا يوجد سبب يمنع أي جسم في عالمنا، في ظل الظروف المناسبة، من التصرف بطريقة كمومية. ويريد اختبار هذا الادعاء من خلال إنشاء بروتوكولات لمنع اختفاء المعلومات في الأنظمة الكمومية المعقدة، أي الأنظمة التي تحسب عدة جسيمات. إن طرق منع اختفاء المعلومات أو تلفها يتم تطبيقها بالفعل في أي تشفير للمعلومات، سواء على الأقراص المضغوطة أو الأقراص الصلبة. للعثور على طرق ستكون فعالة في الأنظمة الكمومية المعقدة، قام الدكتور أوزاري وفريقه بتصميم تسربات غير تقليدية للمعلومات وتتبع كيفية حدوثها. وستكون الخطوة التالية هي إيجاد طرق للدفاع ضدها، أي جعل الأنظمة الكمومية المعقدة تحافظ على المعلومات ذات الصلة، على الرغم من القياسات التي يتم إجراؤها فيها، وعلى الرغم من حجمها. إذا حققوا مرادهم، فإن نهاية أيام عصر المعلومات ستكون على بعد خطوة واحدة، أو سنرى، كما يأمل الدكتور أوزاري، بطريقة مجازية، قطة شرودنغر تعيش وتموت في نفس اللحظة بالضبط.

المزيد عن أبحاث د. مساعدي وفريقه