يمكن للرموز الوهمية أن تساعد أجهزة الكمبيوتر الكمومية على تجنب الأخطاء

يمكن للخوارزميات التي تسمى “الرموز الوهمية” أن تساعد أجهزة الكمبيوتر الكمومية على تشغيل برامج معقدة دون أخطاء، والتغلب على عقبة كبيرة أمام جعل التكنولوجيا مفيدة على نطاق أوسع.

في وقت مبكر، شكك بعض علماء الفيزياء في أن أجهزة الكمبيوتر الكمومية ستكون مفيدة على الإطلاق لأنهم توقعوا أن تكون هذه الأجهزة عرضة للأخطاء التي يصعب تصحيحها. اليوم، توجد عدة أنواع من أجهزة الكمبيوتر الكمومية وقد تم استخدامها بالفعل للاكتشاف والاستكشاف العلمي. ومع ذلك، وعلى الرغم من التقدم الذي تم إحرازه، إلا أن الباحثين لم يتمكنوا من الحد بشكل كامل من مشكلة ارتكاب الأخطاء.

يقول شايان مجيدي من جامعة هارفارد إن العديد من برامج تصحيح الأخطاء الشائعة تُمكِّن أجهزة الكمبيوتر الكمومية من تخزين المعلومات دون أخطاء، ولكنها تعاني عندما يتعلق الأمر بالحسابات.

وبحثًا عن علاج، ركز هو وزملاؤه على الحسابات التي تتضمن العديد من الخطوات الحسابية، مما يجعلها طويلة وغير فعالة في التشغيل، ويزيد من خطر تسلل أخطاء إضافية.

تُصنع أجهزة الكمبيوتر الكمومية من وحدات فيزيائية تسمى الكيوبتات، لكن هذه الحسابات تتضمن كيوبتات منطقية، أو مجموعات من الكيوبتات التي تتشارك المعلومات لتقليل معدلات الخطأ. ولجعل العمليات الحسابية مقاومة للأخطاء، يتعين على الأجهزة عادةً التعامل مع الكيوبتات المنطقية – على سبيل المثال، عن طريق إطلاق أشعة الليزر أو الموجات الدقيقة على الكيوبتات المادية – من أجل جعل اثنين أو أكثر منها متشابكين أو تغيير خصائصها الكمية.

تمكن الرموز الوهمية العديد من الكيوبتات المنطقية من التشابك دون الحاجة إلى أي إجراء مادي – ومن هنا جاء اسم “الشبح”. ومن الناحية العملية، يعني هذا أن العملية الحسابية بأكملها ستتطلب عددًا أقل من هذه الإجراءات، مما يزيد من كفاءتها ويقلل من عدد الطرق التي يمكن أن تحدث بها الأخطاء.

استخدم مجيدي وزملاؤه عمليات المحاكاة الحاسوبية لاختبار الرموز الوهمية في مهمتين: إعداد حالة كيوبت خاصة تُستخدم غالبًا في الحسابات، ومحاكاة نموذج لعبة من مادة كمومية. ووجدوا أنه نظرًا لأن الأمر يتطلب عددًا أقل من التلاعبات الجسدية، فقد قدم نهجهم نتائج أكثر دقة بما يصل إلى 100 مرة من برامج تصحيح الأخطاء التقليدية.

يقول مجيدي إن الرموز الوهمية لا يمكن أن تساعد في كل برامج الحوسبة الكمومية، لكنها تتفوق في المواقف التي تتطلب فيها العمليات الحسابية الكثير من التشابك بالفعل. ويقول إنهم لا يخلقون التشابك من لا شيء، بل يستفيدون مما هو موجود بالفعل. ويقول: “إنها ليست وجبة غداء مجانية. إنها مجرد وجبة غداء كانت موجودة بالفعل ولم نكن نتناولها”.

يقول مارك هوارد، من جامعة غالواي في أيرلندا، إن اختيار رمز تصحيح الخطأ لمهمة الحوسبة الكمومية يشبه اختيار بدلة مدرعة – قد توفر البدلة المدرعة حماية أكبر من البريد المتسلسل، على حساب كونها أثقل وأقل مرونة. توفر الرموز الوهمية المرونة، ولكن تمامًا مثل البريد المتسلسل، فإن لها أيضًا عيوبًا، مثل الحاجة إلى عدد أكبر من الكيوبتات مقارنة ببعض الطرق التقليدية، كما يقول هوارد. ولهذا السبب، يمكن استخدامها في بعض الإجراءات الفرعية المستهدفة لبرنامج الحوسبة الكمومية، لكن من غير المرجح أن تكون حلاً كاملاً لمشاكل أخطاء أجهزة الكمبيوتر الكمومية، كما يقول.

يقول دومينيك ويليامسون، من جامعة سيدني في أستراليا، إنه سؤال مفتوح حول مدى تنافسية الرموز الوهمية مع طرق تصحيح الأخطاء الأخرى، والتي قد يتوقف جزء منها على التطورات المستقبلية في أجهزة الحوسبة الكمومية.

يقول مجيدي إن فريقه يتعاون بالفعل بشكل وثيق مع زملائه الذين يقومون ببناء أجهزة كمبيوتر كمومية من ذرات شديدة البرودة. ويتوقع أن تؤدي الدروس المستفادة من الرموز الوهمية، جنبًا إلى جنب مع الأفكار حول ما يمكن أن تفعله الكيوبت عمليًا، إلى استراتيجية جديدة حيث سيتم تصميم برامج الحوسبة الكمومية بشكل أكثر تحديدًا لمهمة معينة وتنفيذها.