النموذج الأولي للحاسوب الكمي في الصين يحقق الريادة العالمية

/صحيفة الشعب اليومية أونلاين/  2020:12:17.16:21

17 ديسمبر 2020 /صحيفة الشعب اليومية أونلاين/ خلال الآونة الأخيرة، قام فريق بحثي مكون من علماء مثل بان جيانوي ولو تشاويانغ من جامعة العلوم والتكنولوجيا في الصين مع معهد شنغهاي للنظم الدقيقة وتكنولوجيا المعلومات التابع للأكاديمية الصينية للعلوم بالتعاون مع المركز الوطني لهندسة وتكنولوجيا الحاسوب المتوازي لإنشاء النموذج الأولي لحاسوب كمي يحمل اسم "جيوتشانغ" يمكن من خلاله كشف عدد من الفوتونات يبلغ حدها الأقصى 76. من أجل حساب مشكلة أخذ عينات بوزون، يعالج "جيوتشانغ" 50 مليون عينة في 200 ثانية فقط، بينما يحتاج أسرع كمبيوتر عملاق في العالم إلى 600 مليون سنة. هذه هي المرة الأولى التي تحقق فيها الصين "تفوقًا كميًا" ، وقد جعل هذا الاختراق الصين ثاني دولة في العالم تحقق "تفوقًا كميًا". وقد قامت مجلة "ساينس" يوم 4 ديسمبر بنشر النتائج.

يشير "تفوق الحوسبة الكمية" إلى الحاسوب الكمي باعتباره شيئًا جديدًا، وبمجرد أن تتجاوز قوة الحوسبة في مشكلة معينة أقوى جهاز كمبيوتر تقليدي، فإنها تثبت تفوق الحاسوب الكمي ، وتخطيه عتبة تجاوز الحواسيب التقليدية في العديد من الجوانب في المستقبل.

"يعد استخدام الأجهزة الكمية لحل المشكلات المعقدة بشكل متزايد وتجسيد المزايا الكمومية أحد أهم القضايا في حدود علم الكم." يعتقد بيتر زولر، عضو الأكاديمية الأمريكية للعلوم، الحائز على جائزة وولف والفائز بميدالية ديراك، أن البحث الذي قام به فريق بان جيانوي قد رفع مستوى البحث إلى مستوى جديد من حيث حجم وقابلية تطوير الأنظمة الكمية وآفاق التطبيقات العملية.

وقال بان جيانوي: "في عصر البيانات الضخمة، تتزايد كمية البيانات العالمية بشكل كبير، وتتضاعف كل عامين. ولا معنى لها إذا لم يتم استخراج كميات ضخمة من البيانات". في الوقت الحالي، يعد نموذج التطوير التقليدي لأجهزة الكمبيوتر محدودًا، وتستهلك أجهزة الكمبيوتر العملاقة كميات هائلة من الطاقة. من وجهة نظر بان جيانوي، تكمن أهمية "جيوتشانغ" في تحسين قوة الحوسبة دون زيادة استهلاك الطاقة.

في الوقت الحالي، أصبح تطوير أجهزة الكمبيوتر الكمية أحد أكبر التحديات في مجال العلوم والتكنولوجيا العالمية، وهو محور المنافسة العالمية. في العام الماضي، أطلقت شركة غوغل كمبيوتر سيكامور بحجم 53 كيوبت فائقة التوصيل، وقد تجاوزت كفاءته الحسابية بكثير من أسرع كمبيوتر عملاق في العالم في ذلك الوقت، وكان أول من حقق "التفوق الكمي". وحقق "جيوتشانغ" الحل السريع لمهمة "أخذ عينات بوزون".

فقًا لـلو تشاويانغ، بالمقارنة مع " سيكامور ، فإن " جيوتشانغ " لها ثلاث مزايا رئيسية: سرعة الحوسبة الأسرع، والتكيف البيئي الأقوى، والتغلب على الثغرات التقنية. " سيكامور " أسرع من الحساب الفائق فقط في حالة عينة صغيرة، و" جيوتشانغ " يتفوق على الحساب الفائق في كل من العينة الصغيرة والعينة الكبيرة. " تمامًا مثل سباق الجري، يمكن أن يتفوق كمبيوتر غوغل السريع على الحساب الفائق على المدى القصير، لكنه لا يستطيع الفوز في السباق طويل الأمد؛ يمكن لآلتنا أن تتفوق في الأداء سواء على المدى القصير أو في السباق طويل الأمد.

في الوقت الحاضر، فإن خوارزمية أخذ عينات بوزون في نموذج " جيوتشانغ " لها تطبيقات محتملة في مجالات نظرية الرسم البياني، والتعلم الآلي، وكيمياء الكم، وما إلى ذلك، وستكون اتجاهًا مهمًا للتطور اللاحق. صرح فريق بان جيانوي أنه على الرغم من أن "جيوتشانغ " تتمتع بقوة حوسبة مذهلة، إلا أنها مجرد علامة فارقة في المرحلة الأولى من الحوسبة الكمية. قال بان جيانوي: "آمل أنه خلال 15 إلى 20 عامًا من العمل الشاق، يمكن تطوير كمبيوتر كمي عام لحل مشاكل واسعة النطاق في تحليل الشفرات والتنبؤ بالطقس وتصميم الأدوية".

قال المراجعون في مجلة "ساينس" أن هذه "تجربة أكثر تقدمًا" و "إنجاز كبير". تجربة "التفوق الكمي" ليست مهمة حينية، ولكنها منافسة بين الخوارزميات الكلاسيكية الأسرع وأجهزة الحوسبة الكمومية المتزايدة باستمرار. لكن في النهاية، سينتج التوازي الكمومي قوة حوسبية لا تستطيع أجهزة الكمبيوتر التقليدية مطابقتها. يأمل فريق بان جيانوي أن يدفع هذا الإنجاز إلى المزيد من العمل في محاكاة الخوارزمية الكلاسيكية.