لأول مرة، نجح باحثو شركة IBM وشركاؤهم من الجامعات الرائدة في إجراء محاكاة كمومية لمادة مغناطيسية تم اختبار دقتها مقابل سلوك المادة في الطبيعة، وهي خطوة مهمة نحو جعل الحوسبة الكمومية أداة عملية في علم المواد.
أعلنت شركة IBM العملاقة في مجال الحوسبة اليوم أن فريقًا من باحثيها، بالتعاون مع علماء من مؤسسات بحثية رائدة في الولايات المتحدة، نجح في إنشاء محاكاة دقيقة لمادة مغناطيسية باستخدام حاسوب كمومي. وهذه هي المرة الأولى التي تُجرى فيها محاكاة على حاسوب كمومي يمكن التحقق من دقتها وموثوقيتها من خلال مقارنتها بالسلوك الفيزيائي للمادة في الطبيعة، وليس فقط من خلال مقارنتها بالحسابات التي يُجريها الحاسوب. ويمثل هذا إنجازًا هامًا في تحويل الحوسبة الكمومية إلى أداة علمية عملية، إذ يُثبت إمكانية استخدام هذه الحواسيب لمحاكاة المواد بدقة وموثوقية عاليتين.
تم إجراء التجربة كجزء من دراسة تمهيدية وأولية. (دراسة ما قبل الطباعة) بالتعاون مع علماء من مركز علوم الكم في مختبر أوك ريدج الوطني - بتكليف من وزارة الطاقة الأمريكية - أجرى باحثون من جامعة بيردو، وجامعة إلينوي في أوربانا-شامبين، ومختبر لوس ألاموس الوطني، وجامعة تينيسي، تجربةً لدراسة الخصائص الفيزيائية الفعلية للمادة، وذلك باستخدام محاكاة حاسوبية كمومية لمادة مغناطيسية تُعرف باسم KCuF₃. وقد فحص الباحثون، في إطار هذه التجربة، محاكاةً حاسوبيةً كموميةً لمادة مغناطيسية تُعرف باسم KCuF₃، وقارنوها بالخصائص الفيزيائية الفعلية للمادة، كما جُمعت من تجارب أخرى درست سلوك المادة في الطبيعة.
استندت التجربة إلى تقنية تُطلق حزمًا من النيوترونات على المادة وتراقب كيفية تشتتها. يُمكّن هذا العلماء من دراسة سلوك المادة على المستوى الذري بدقة متناهية. مع ذلك، يتطلب رصد هذه الديناميكيات حساب عدد هائل من الجسيمات المتفاعلة، وهو حساب يصبح بالغ الصعوبة بالنسبة للحواسيب التقليدية، وغير عملي في التجارب المعقدة. في المقابل، تُعدّ الحواسيب الكمومية، التي تعمل وفقًا لقواعد ميكانيكا الكم، خيارًا مثاليًا لهذا النوع من الأبحاث، لأنها قادرة على تمثيل السلوك الكمومي مباشرةً، وليس فقط من خلال التقديرات والحسابات التقديرية.
أصبح من الممكن بالفعل الجمع بين الحواسيب الكلاسيكية والحواسيب الكمومية
يُبرهن نجاح المحاكاة، وتأكيد نتائجها بمقارنتها بتجارب أخرى، على إمكانية دمج الحواسيب الكمومية مع الحوسبة الفائقة التقليدية لمحاكاة تعقيدات المواد الكمومية بدقة عالية والتنبؤ بسلوكها بموثوقية كبيرة. وتُعدّ القدرة على فهم الأنظمة الكمومية المعقدة أساسًا لتطوير الموصلات الفائقة والأدوية والمواد المتقدمة، التي كانت حتى الآن خاضعة للقيود الحسابية للحواسيب التقليدية.
تُعدّ هذه التجربة جزءًا من اتجاه أوسع نطاقًا لاستخدام الحوسبة الكمومية لحلّ المشكلات العلمية في الكيمياء وعلوم المواد وعلم الأحياء. في وقت سابق من هذا الشهر، تمكّن باحثون من شركة IBM من تصميم وبناء والتحقق، باستخدام حاسوب كمومي، من جزيء ذي بنية فريدة لم يسبق رصدها أو التنبؤ بها رسميًا. تمّ تجميع الجزيء، الذي صيغته الكيميائية C₁₃Cl₂، في شركة IBM، ذرةً ذرة، انطلاقًا من جزيء ابتدائي مُصمّم خصيصًا تمّ تصنيعه في جامعة أكسفورد. خلال هذه العملية، أُزيلت الذرات واحدةً تلو الأخرى باستخدام نبضات جهد مُعايرة بدقة، في ظلّ ظروف فراغ فائقة ودرجات حرارة قريبة من الصفر المطلق. كما أثبتت هذه التجربة قدرة الحواسيب الكمومية على محاكاة قوانين الفيزياء الكمومية على أفضل وجه، ودراسة أصغر المواد التي تُكوّن العالم.
قال أبهيناف كاندالا، كبير الباحثين في شركة IBM: "يعزز هذا الإنجاز مكانة الحوسبة الكمومية كحجر زاوية في الحوسبة الفائقة الحديثة. إن إعادة بناء أطياف تشتت النيوترونات مجالٌ تتطلب فيه الحوسبة التقليدية موارد ضخمة، وقد تصل إلى حد أقصى للقدرة يحد من أبحاث علوم المواد. تُظهر هذه النتائج أن التطورات في الأجهزة والخوارزميات الكمومية تجعل الحوسبة المتكاملة كموميًا أداة عملية لفهم سلوك المواد على المستوى الذري، حتى بدون الوصول المباشر إلى مصادر النيوترونات."
تُعتبر شركة IBM اليوم رائدةً في تطوير الحواسيب الكمومية النشطة. وقد كشفت الشركة مؤخرًا عن بنية حاسوبية فائقة مفتوحة المصدر وسهلة الدمج، تركز على الحوسبة الكمومية، مصممة لتمكين توسيع نطاق الأنظمة الكمومية جنبًا إلى جنب مع الحواسيب الفائقة التقليدية، للمساعدة في حل المشكلات التي تعجز الطرق التقليدية وحدها عن معالجتها. كما قدمت الشركة خارطة طريق لبناء حاسوب IBM Quantum Starling، الذي تتوقع أن يكون أول حاسوب كمومي كبير الحجم في العالم، يتميز بقدرته على تحمل الأخطاء، ومن المتوقع تسليمه للعملاء في عام 2029.
المزيد عن الموضوع على موقع العلوم:
תגובה אחת
ليس من الواضح ما هي نوايا التجربة؟
ألا يتم تطوير أساليب دقيقة للكشف والتحقق والاختبار؟
وهل تثق بجهاز كمبيوتر كمومي وأنت مغمض العينين؟
ففي النهاية، أكدت التجربة نفسها أن المادة كانت مألوفة ومعروفة جيداً.
السؤال هو: ماذا يحدث عندما تكون هناك مادة مجهولة وغير معروفة؟