الأخبار

الكمبيوتر الذي يقيس الضوء حقق التفوق الكمي

A quantum computer that measures light has achieved quantum supremacy
 
هناك نوع جديد من الحوسبة الكمية quantum computing يسمى أخذ عينات البوزون boson sampling قادر على إجراء حسابات لا يستطيع أي كمبيوتر تقليدي إنجازها في أي فترة زمنية معقولة. هذه هي المرة الثانية التي يُطالب فيها بهذا العمل الفذ، المعروف باسم التفوق الكمي، لخوارزمية كمية بعد أن قالت Google في عام 2019 إن جهازها Sycamore قد حقق ذلك.

يعتمد أخذ العينات البوزونية على خاصية كمية غريبة للفوتونات- جسيمات الضوء- التي يتم عرضها عندما تنتقل عبر فاصل الحزمة beam splitter، الذي يقسم شعاعًا واحدًا من الضوء إلى حزمتين تنتشران في اتجاهات مختلفة. إذا اصطدم فوتونان متطابقان بمقسم الحزمة في نفس الوقت بالضبط ، فلن ينفصل أحدهما عن الآخر. بدلاً من ذلك، يلتصقان ببعضهما ويسافران في نفس الاتجاه.

إذا قمت بإطلاق العديد من الفوتونات عبر سلسلة من مقسمات الحزمة عدة مرات متتالية، تبدأ الأنماط في الظهور في مسارات الفوتونات التي يصعب للغاية محاكاتها أو التنبؤ بها باستخدام أجهزة الكمبيوتر الكلاسيكية. يُطلق على العثور على مجموعات محتملة من مسارات الفوتون في هذا الإعداد اسم أخذ عينات البوزون، وجهاز أخذ عينات البوزون هو نوع من أجهزة الكمبيوتر الكمية، وإن كان ذو غرض ضيق للغاية.

قام فريق بقيادة Jian-Wei Pan في جامعة العلوم والتكنولوجيا في الصين ببناء جهاز لأخذ عينات البوزون يسمى Jiuzhang باستخدام نبضات ليزر مرسلة إلى متاهة من 300 مقسم شعاع و 75 مرآة. سيكون لأخذ عينات البوزون المثالي دقة واحدة على مدار العديد من التجارب، مما يعني أنه يتوافق تمامًا مع التوقعات النظرية. كان لدى Jiuzhang دقة قدرها 0.99.

حسب الباحثون أنه سيكون من المستحيل محاكاة أخذ عينات البوزون بمثل هذه الدقة العالية على جهاز كمبيوتر كلاسيكي: الكمبيوتر الفائق الياباني Fugaku، أقوى كمبيوتر كلاسيكي في العالم، سيستغرق 600 مليون سنة لإنجاز ما يمكن لـ Jiuzhang القيام به في 200 ثانية فقط. رابع أقوى كمبيوتر عملاق، Sunway TaihuLight، سيستغرق 2.5 مليار سنة.

يقول Scott Aaronson من جامعة تكساس في أوستن: "يُظهر أنه من الممكن الوصول إلى التفوق الكمي باستخدام عينات البوزونات الضوئية، وهو ما شكك فيه كثير من الناس، والذي يمثل مسارًا مختلفًا تمامًا للأجهزة عن الكيوبتات فائقة التوصيل superconducting qubits التي استخدمتها Google".

في حين أن هذا إنجاز مثير للإعجاب، فإن التفوق الكمي يعني فقط أن هذا الجهاز أفضل من أجهزة الكمبيوتر الكلاسيكية في مهمة واحدة محددة للغاية. يقول Aaronson: "هذا لا يعني بناء كمبيوتر كمي قابل للتطوير، أو كمبيوتر كمي عالمي، أو كمبيوتر كمي مفيد".

إن تغيير آلية أخذ عينات البوزون للسماح للباحثين بإيقاف التجربة وإجراء القياسات وإعادة توجيه بعض الفوتونات يمكن أن يسمح لها بإجراء أنواع مختلفة من العمليات الحسابية، ولكن هذه الخطوة التالية ستكون صعبة للغاية. حتى ذلك الحين، قد يكون هناك القليل من الاستخدام العملي لأخذ عينات البوزون.

يقول Aaronson: "ليس من الواضح ما إذا كان لأخذ عينات البوزون أي تطبيقات في حد ذاته إلى جانب إظهار التفوق الكمي". ومع ذلك، يقول، قد يكون مفيدًا في كيمياء الكم أو لتوليد أرقام عشوائية للتشفير.