شهدت أسهم شركات الحوسبة الكموميّة (Quantum Computing) خلال العام الأخير ارتفاعاتٍ كبيرة في بورصة "وول ستريت"، وذلك بسبب تزايد الاهتمام في هذا المجال بعد ارتفاع الاستثمارات التي باتت توجهها الحكومات والشركات الكبرى من أجل تطوير حواسيب أكثر تطوّرا، وخاصة بعد طفرة الذكاء الصناعي التوليدي التي شهدناها مؤخرا. لكن أسهم هذا القطاع شهدت خلال اليومين الماضيين انخفاضات حادّة، وذلك بسبب التصريحات التي أطلقها الرئيس التنفيذي لشركة Nvidia جنسن هوانغ خلال معرض إلكترونيات المستهلكين (CES 2025) الذي انعقد في لاس فيغاس، والذي يُعدّ أهم حدثٍ تكنولوجي في العالم، وهي التصريحات التي شدّد فيها على "أن الحوسبة الكمومية الفعالة جدًا قد تبقى بعيدة المنال لفترة تتراوح بين 15 إلى 30 عامًا".

هنالك ما يُشبه الإجماع لدى الكثير من أوساط صناعة التقنيّة على أنّ الحوسبة الكموميّة لا تزال في بداية الطريق، وأن تطوير تطبيقاتٍ عمليّة لها ستكتنفه الكثير من العقبات والتحديات. لكن، في نفس الوقت، فهناك إدراكٌ عام بأنّ تحقيق اختراقٍ في هذه الصناعة في المستقبل سيكون من شأنه تحقيق فتوحاتٍ نوعية في مجالات متعددة تمتدّ من الأمن القوميّ والطاقة النوويّة وصولا إلى الزراعة وصناعة الأدوية. وقد نشرت مجلّة "الشئون الخارجيّة" الأمريكيّة في عددها الأخير مقالا مطوّلا كتبه ثلاثة من أرفع المسئولين التنفيذيين في مجال الحوسبة الكموميّة في شركة "غوغل"، عرضوا فيه للأساسات العلميّة لهذه الحوسبة ولأبرز التطوّرات التي وصلت إليها ولأهم المشكلات التي قد تساعد على حلّها في المستقبل. وقد ارتأيتُ ترجمة هذا المقال للتعريف بهذه التقنيّة بشكلٍ أفضل للمهتمين بها في عالمنا العربيّ وذلك بقلم أبرز المطوّرين لها، خاصّة وأن شركة "غوغل" أعلنت الشهر الماضي عن تطوير شريحة "ويلو" الكموميّة التي قالت أنها نجحت في حل مشكلة في الحوسبة بغضون 5 دقائق كانت ستستغرق من الحاسوب التقليدي وقتا أطول من تاريخ الكون.

الترجمة:

على مدى السنوات القليلة الماضية، وبينما اكتسبت التطورات السريعة في الذكاء الاصطناعي اهتمامًا عامًا هائلًا وتعرضت لتدقيق نقدي كبير، كانت هناك تقنية أخرى حيوية تتطور بعيدًا عن أنظار الجمهور. فبعد أن كانت محصورة في نطاق النظرية المجردة، تسعى الحوسبة الكمومية إلى استخدام عمليات تعتمد على ميكانيكا الكم لحل مشكلات حسابية كانت تعتبر في السابق مستحيلة الحل. وعلى الرغم من أن هذه التقنية لا تزال في مراحلها الأولى، فإن من الواضح أنها قد تحمل تأثيرات عميقة على الأمن القومي والاقتصاد العالمي في العقود المقبلة.

منذ أواخر العقد الثاني من القرن الحادي والعشرين، أصبحت الولايات المتحدة والعديد من الدول المتقدمة الأخرى منخرطة بشكل متزايد في السباق نحو قيادة علوم وتكنولوجيا المعلومات الكمومية، وهو مجال يشمل الحوسبة الكمومية، والاتصالات الكمومية، والاستشعار الكمومي. وخلال العقد الماضي، أعلنت حكومات في 20 دولة عن استثمارات في تطوير الكم بلغت أكثر من 40 مليار دولار على المستوى العالمي، حيث التزمت الصين وحدها بإنفاق 15.3 مليار دولار على مدى خمس سنوات. في عام 2016، صنفت بكين تطوير التقنيات الكمومية كأولوية وطنية، وأنشأت مراكز متقدمة للإنتاج. من جهتها، أقرت الولايات المتحدة في عام 2018 مبادرة الكم الوطنية، وهي تشريع يهدف إلى الحفاظ على التفوق التكنولوجي والعلمي للبلاد في مجال المعلومات الكمومية وتطبيقاتها. وأعلنت الحكومة الأمريكية عن تمويل غير مصنف بقيمة 3.7 مليار دولار، بالإضافة إلى تمويل إضافي لأبحاث وتطوير الدفاع. وبجانب المبادرات الحكومية، تجري العديد من جهود البحث والتطوير في القطاع الخاص والأوساط الأكاديمية.

وعلى الرغم من أن هذه الاستثمارات لا تزال ضئيلة مقارنة بتمويل الولايات المتحدة والعالم للذكاء الاصطناعي، فإن صعود تقنية الكم بدأ بالفعل في تشكيل السياسات الدولية. ففي عام 2019، أعلنت الولايات المتحدة عن "بيان تعاون كمومي" ثنائي مع اليابان، والذي عززته الحكومة الأمريكية في عام 2023. وفي عام 2024، أنشأت واشنطن مبادرة متعددة الأطراف تدعى "مجموعة تطوير الكم" لتنسيق الاستراتيجيات المتعلقة بتطوير وإدارة التقنية الجديدة. كما ناقشت الولايات المتحدة قضايا الكم ضمن منتديات اقتصادية وأمنية مختلفة، بما في ذلك "أوكوس"، وهو اتفاق دفاع ثلاثي بين أستراليا والمملكة المتحدة والولايات المتحدة؛ و"الرباعية"، أو الحوار الأمني الرباعي بين أستراليا والهند واليابان والولايات المتحدة؛ ومجلس التجارة والتكنولوجيا بين الولايات المتحدة والاتحاد الأوروبي. وتأكيدًا على القلق المتزايد بشأن التقنية في واشنطن، جادل محلل في مركز الأمن الأمريكي الجديد في نوفمبر، عقب الانتخابات الرئاسية الأمريكية، بأن الإدارة الجديدة يجب أن "تتحرك بسرعة خلال أول 100 يوم لتعزيز القدرة التنافسية الأمريكية في مجال الكم".

حتى الآن، يُنظر إلى ظهور تقنية الكم إلى حد كبير باعتباره قضية أمن قومي. فمنذ تسعينيات القرن الماضي، أدرك الباحثون أن أحد أعظم التهديدات التي يمكن أن يسببها الكمبيوتر الكمومي القوي هو قدرته المحتملة على كسر الشيفرات، مما يمكنه من اختراق التشفير المستخدم في أنظمة الاتصالات والشبكات الرقمية الأكثر تقدمًا في العالم اليوم. وقد دفع هذا القلق الحكومة الأمريكية إلى تطوير والدعوة لاعتماد التشفير المقاوم للكم، وتعزيز ضوابط التصدير على تقنية الكم والمنتجات ذات الصلة، وبناء شراكات عملية مع القطاع الصناعي والأوساط الأكاديمية والحكومات المحلية.

لكن التركيز على كسر الشيفرات أدى إلى تجاهل صانعي السياسات لتطبيقات مهمة أخرى لتقنية الكم. في الواقع، قبل أن تصبح الآلات الكمومية قادرة على اختراق أنظمة التشفير المتقدمة -وهي قدرة ستتطلب قوة حوسبة هائلة حتى بعد تطوير التقنية- يمكن أن يكون لها تأثير تحويلي في العديد من القطاعات الاقتصادية، بما في ذلك الطاقة والصناعات الدوائية. وإذا تم تسخيرها بفعالية، يمكن أن تحفز التقنيات الكمومية الابتكار، والاكتشافات العلمية، والنمو الاقتصادي، وخلق الفرص. من حيث التأثير البشري البحت، فإن بعض الإنجازات التي يمكن أن تفتحها الآلات الكمومية تضاهي تلك التي يُتوقع أن تأتي من الذكاء الاصطناعي. لهذا السبب، من المهم بشكل خاص أن يتم تطوير هذه التقنية في مجتمعات منفتحة، مع وضع ضوابط واضحة لضمان استخدامها لأغراض خيرة.

لن يكون الفوز في سباق الكم أمرًا سهلاً. فقد أخذت الصين بالفعل زمام المبادرة في بعض المجالات مثل الاتصالات الكمومية، وفي السنوات المقبلة، ستكون هناك حاجة ماسة إلى الابتكار والقيادة الأمريكية المركزة للحفاظ على القدرة التنافسية للولايات المتحدة. ستحتاج الولايات المتحدة وشركاؤها الدوليون إلى تخصيص موارد أكبر بكثير لإنجاز مشاريعهم الكمومية، وسيتعين عليهم تطوير صناعات كمومية وسلاسل توريد قوية لدعم هذه المشاريع. إذا فشلت الولايات المتحدة وحلفاؤها في جعل هذه الجهود هدفًا استراتيجيًا مركزيًا وأولوية في صنع السياسات، فقد يخسرون نفوذهم الدبلوماسي وقوتهم العسكرية وقدرتهم على الإشراف على تقنية جديدة قوية. كما قد يفوتهم أيضًا فرصة تمهيد طريق جديد للتقدم الاقتصادي والاجتماعي.

في كل مكان وفي وقت واحد

تم اقتراح مفهوم الكمبيوتر الكمومي لأول مرة من قبل الفيزيائي النظري والحائز على جائزة نوبل، ريتشارد فاينمان، في عام 1981. نشأ فاينمان في عصر نشوء ميكانيكا الكم، عندما بدأ العلماء يدركون أن الذرات والإلكترونات والضوء وغيرها من الأجسام الدقيقة التي تُعتبر اللبنات الأساسية لكل شيء في الكون تتبع قواعد مختلفة تمامًا عن تلك الخاصة بالأجسام في الحياة اليومية. على سبيل المثال، على عكس الكرة التي تتبع القواعد المباشرة للميكانيكا الكلاسيكية، فإن الإلكترونات تتصرف كجسيمات وأمواج في آنٍ واحد، ولا يمكن تحديد موقعها بدقة.

كانت رؤية فاينمان تتمثل في أنه لفهم العالم الكمومي حقًا -والعمل العام للكون نفسه- سيكون من الضروري بناء كمبيوتر يعمل وفقًا للقوانين نفسها. وقال: "الطبيعة ليست كلاسيكية، وإذا أردت أن تصنع محاكاة للطبيعة، فمن الأفضل أن تكون كمومية."

اتضح أن رؤية فاينمان كانت تنبؤية. فمنذ أكثر من أربعة عقود، أحدثت أجهزة الكمبيوتر التي تتبع التصميم "الكلاسيكي" تحولًا جذريًا على الكوكب: أصبحت الهواتف المحمولة بحجم الجيب اليوم أقوى بمليون مرة من أجهزة الكمبيوتر المكتبية الضخمة في الثمانينيات. استمرت صحة قانون مور -أي التنبؤ بأن عدد الترانزستورات على شريحة الكمبيوتر سيتضاعف كل عامين- بشكل عام في صناعة أشباه الموصلات، على الرغم من التنبؤات المتكررة بزواله. وأفضل أجهزة الكمبيوتر العملاقة اليوم قادرة على تنفيذ كوينتيليون (أي مليار مليار) عملية في الثانية. ومع ذلك، مع نضوج هذه الثورة التكنولوجية، أصبح من الواضح بشكل متزايد أن بعض العمليات الحسابية ستظل خارج قدرة حتى أفضل أجهزة الكمبيوتر الكلاسيكية.

يرجع ذلك إلى القيود التي تفرضها الفرضية الأساسية التي تعمل عليها التكنولوجيا الحالية. فجميع أشكال الحوسبة الكلاسيكية، سواء كانت عدادًا يدويًا (أباكوس)، أو حاسوبًا شخصيًا، أو مجموعة آلات عالية الأداء في منشأة للأمن القومي، تتبع ما يسميه العلماء منطق بوليان. في هذا النظام، الوحدة الأساسية للمعلومات هي "البت" (Bit)، وهو كائن يمكن أن يتخذ واحدة من حالتين، تُعرف تقليديًا بـ 0 أو 1. وعلى الرغم من أن هذا النظام أثبت كفاءته العالية في العديد من أنواع الحسابات، إلا أنه لا يستطيع معالجة العمليات ذات التعقيد الفائق، مثل تحليل عدد مكون من ألف رقم، أو حساب ديناميكيات التفاعلات لجزيء يحتوي على مئات الذرات، أو حل أنواع معينة من مشكلات التحسين (Optimization Problems) التي تشيع في العديد من المجالات.

في المقابل، باستخدام ميكانيكا الكم، لا تواجه الحوسبة الكمومية نفس القيود. إحدى دروس فيزياء الكم -وهي فكرة مدهشة وغير بديهية- هي أن الجسيمات يمكن أن توجد في مزيج متزامن من حالات متعددة. ووفقًا لذلك، بدلاً من البتات التي تعمل بشكل إما-أو، تستخدم الحوسبة الكمومية وحدة بت كمومية أو "كيوبت" (Qubit)، وهو نظام يمكن أن يكون في حالتي 0 و1 في نفس الوقت. تمنح هذه القدرة "كلا الحالتين معًا"، والمعروفة باسم التراكب الكمومي (Superposition)، ميزة حسابية هائلة، تزداد عندما يعمل عدد أكبر من الكيوبتات معًا. بينما يتعين على الكمبيوتر الكلاسيكي معالجة حالة واحدة تلو الأخرى بشكل تسلسلي، يمكن للكمبيوتر الكمومي استكشاف العديد من الاحتمالات بالتوازي. فكر في محاولة إيجاد الطريق الصحيح عبر متاهة: يتعين على الكمبيوتر الكلاسيكي تجربة كل مسار على حدة، بينما يمكن للكمبيوتر الكمومي استكشاف عدة مسارات في الوقت نفسه، مما يجعله أسرع بمراتب كبيرة لبعض المهام.

من المهم ملاحظة أنه على عكس التبسيط الشائع، فإن الكمبيوتر الكمومي ليس مجرد مجموعة هائلة من أجهزة الكمبيوتر الكلاسيكية التي تعمل بالتوازي. فعلى الرغم من وجود عدد هائل من الإجابات المحتملة التي يمكن استكشافها عبر معالج كمومي، إلا أنه لا يمكن قياس سوى مزيج واحد في النهاية. وبالتالي، يتطلب استنتاج الحل من كمبيوتر كمومي برمجة ذكية تعمل على تضخيم الإجابة الصحيحة.

تتمثل إحدى التحديات الرئيسية في معرفة كيفية بناء معالجات كمومية كبيرة ومستقرة بما يكفي لإنتاج نتائج متسقة للمشكلات ذات المعنى. تميل مثل هذه المعالجات إلى أن تكون حساسة للغاية لبيئتها ويمكن أن تتأثر بسهولة بالتغيرات في درجة الحرارة والاهتزازات والاضطرابات الأخرى، مما قد يؤدي إلى حدوث مجموعة من الأخطاء في النظام. ونظرًا لأن دقة الحساب تعتمد على الحفاظ على تماسك الكيوبتات، فإن الباحثين يستثمرون بكثافة في طرق لتحسين جودة الكيوبت، بما في ذلك التصاميم الجديدة وعمليات تصنيع الرقائق والتقنيات لتصحيح أخطاء الكيوبت.

حاليًا، هناك مجموعة واسعة من الأساليب لتصميم الكيوبتات، كل منها له مزاياه وعيوبه. من حيث المبدأ، يمكن تشكيل أي نظام ميكانيكي كمومي-مثل الذرات والجزيئات والأيونات والفوتونات-إلى كيوبت. في الواقع، تحدد عوامل مثل القابلية للتصنيع، والتحكم، والأداء، وسرعة الحوسبة الطرق الأكثر قابلية للتطبيق. تشمل الجهود الرائدة اليوم الكيوبتات فائقة التوصيل، والذرات المحايدة، والضوئية، واحتجاز الأيونات. من غير الواضح في هذه المرحلة المبكرة أيها، إن وجد، سيكون ناجحًا.

بعيدًا عن بناء المعالج، تشمل التحديات الأخرى كيفية تعبئة الكيوبتات، ونقل إشاراتها، وتشغيل التطبيقات. يجب على الباحثين استخدام ثلاجات التبريد، التي يمكنها تبريد الكيوبتات فائقة التوصيل إلى درجات حرارة قريبة من الصفر المطلق، لتوفير بيئة باردة جدًا ومظلمة وهادئة للعمل. تأتي الخبرة عبر هذه المكونات المتخصصة من مصادر مختلفة في العديد من البلدان. اليوم، هناك العديد من شركات الحوسبة الكمومية "الكاملة" مثل "أمازون" و"جوجل" و"آي بي إم" و"كويرا"، التي تحاول دمج المكونات في منتج نهائي. باختصار، تواجه الحوسبة الكمومية اليوم العديد من التحديات والمجهولات، وسيتطلب استمرار التطوير العديد من الابتكارات الهندسية. ما هو واضح هو أنه لكي ينجح أي من الأساليب، فيجب أن يكون موثوقًا وقابلاً للتوسع وفعالًا من حيث التكلفة.

آلات الإجابة الجديدة

يدفع السباق نحو الوصول إلى جهاز كمبيوتر كمومي كامل النطاق العديد من الدوافع. من الناحية الأساسية، تَعدُ الحوسبة الكمومية بتوفير إجابات لمشكلات كانت تعتبر غير قابلة للحل سابقًا، ألغاز يستغرق حلها دهورًا حتى لأفضل أجهزة الكمبيوتر الكلاسيكية في العالم. من أشهر هذه المشكلات هي تحليل الأعداد الصحيحة، أو تقسيم عدد إلى حاصل ضرب عدة أعداد أصغر: حتى أسرع أجهزة الكمبيوتر العملاقة لا تستطيع تحليل أعداد ضخمة. وهذا يعني أن أكثر أشكال التشفير تقدمًا -التي تعتمد على التحليل- لا يمكن كسرها الآن. لكن أجهزة الكمبيوتر الكمومية قد تغير ذلك.

في عام 1994، أثبت عالم الحوسبة بيتر شور أن جهاز كمبيوتر كمومي سيكون قادرًا على تحليل أعداد ضخمة. في ذلك الوقت، كان مثل هذا الكمبيوتر لا يزال في نطاق النظرية، ولكن مع تطور التكنولوجيا، أدت رؤية شور إلى القلق من أن المعالجات الكمومية قد تكون يومًا ما قادرة على كسر أقوى طرق التشفير. اليوم، يفترض خبراء الأمن القومي أن الدول المعادية والجهات الخاصة قد بدأت بالفعل في جمع المعلومات المشفرة استعدادًا لهذه التكنولوجيا الجديدة، وهي مقاربة تعرف بهجوم "التخزين الآن، فك التشفير لاحقًا".

لكن فك التشفير هو مجرد تطبيق واحد محتمل لأجهزة الكمبيوتر الكمومية، ومن المحتمل أن يكون بعيدًا عن التحقق لأكثر من عقد من الزمان. وكما حدس فاينمان، فإن الاستخدامات الأكثر وضوحًا للحوسبة الكمومية تتعلق بمحاكاة الكم -القدرة على إجراء حسابات دقيقة للأنظمة الكمومية مثل الإلكترونات والجزيئات والمواد- وقد تبدأ هذه التطبيقات في الاستخدام قريبًا. وبالفعل، تساهم المعالجات الكمومية في الاكتشافات في العديد من المجالات المتخصصة في الفيزياء، بما في ذلك هندسة أشباه الجسيمات، الديناميكيات متعددة الأجسام، نقل الدوران، النقل المعدني، البلورات الزمنية، ديناميكيات الثقب الدودي، والمغنطة. مع جهاز كمومي كامل النطاق، فإن الإمكانيات مذهلة.

فكر في الأسمدة الزراعية. حاليًا، تثبيت النيتروجين -وهي العملية الكيميائية اللازمة لإنتاج الأمونيا من الغاز النيتروجيني- تستهلك الكثير من الطاقة، حيث تمثل ما يصل إلى اثنين في المئة من ميزانية الطاقة السنوية في العالم. يعود ذلك إلى أن المحفزات الصناعية المستخدمة في هذه التفاعلات غير فعالة للغاية. في الواقع، جزيء FeMoco الموجود بشكل طبيعي، وهو محفز لتثبيت النيتروجين البيولوجي، أكثر كفاءة بكثير، لكنه لا يمكن تخليقه كيميائيًا أو عزله بكميات صناعية كبيرة، كما أن آلية عمله كانت تحديًا كبيرًا على التقنيات الحاسوبية الحالية لتوضيحها. ومع ذلك، باستخدام أجهزة الكمبيوتر الكمومية، قد يكون الباحثون قادرين على إجراء الحسابات المعقدة اللازمة لفهم آلية التفاعل لجزيء FeMoco ، مما يسمح بتصميم محفزات مستوحاة من FeMoco قد توفر كميات هائلة من الطاقة.

أو لنأخذ صناعة الأدوية مثلا، التي تتطلب تفاعل جزيئات الأدوية بشكل فعال مع الجزيئات داخل الجسم. لمحاكاة سلوك إنزيمات السيتوكروم P450، وهي عائلة من الإنزيمات المسؤولة إلى حد كبير عن أيض الأدوية وبالتالي عن كيفية استجابة المرضى للعقاقير، ستحتاج أجهزة الكمبيوتر الكلاسيكية إلى قدرات حاسوبية ضخمة. باستخدام أجهزة الكمبيوتر الكمومية، يمكن القيام بذلك بشكل أكثر كفاءة، مما يؤدي إلى ابتكارات هامة في مكافحة الأمراض. في الصناعات الكيميائية والمواد، قد تقدم الحوسبة الكمومية أفكارًا لتصميم بطاريات أكثر كفاءة للسيارات الكهربائية وعناصر غير قابلة للتآكل للسفن. قد تساعد أجهزة الكمبيوتر الكمومية أيضًا في حل مشكلة تحويل مفاعلات الاندماج النووي إلى مصدر طاقة مستدام.

منطقة تطبيق واعدة أخرى هي مجال تعلم الآلات. تحتاج أجهزة الكمبيوتر الكلاسيكية التي تتدرب على بيانات كمومية -كالبيانات الإلكترونية والمغناطيسية والمعلومات الأخرى التي تصف سلوك النظام الكمومي- إلى كميات هائلة من البيانات ووقت معالجة طويل. بالمقابل، تحتاج أجهزة الكمبيوتر الكمومية التي تتدرب على بيانات كمومية إلى أمثلة أقل بكثير لتحقيق مهمة معينة. مع هذه الزيادة الهائلة في الكفاءة، يمكن استخدام هذه الأجهزة لتعلم وتوقع سلوك العديد من المواد والمواد الكيميائية. حاليًا، لا يزال غير واضح ما إذا كانت أجهزة الكمبيوتر الكمومية ستتمتع بأفضلية في تعلم البيانات الكلاسيكية، مثل النصوص والصوت والفيديو التي تدعم أنظمة الذكاء الاصطناعي الحالية. ومع ذلك، فإن الحوسبة الكمومية تستفيد بالفعل من التقدم في الذكاء الاصطناعي الكلاسيكي: يستخدم الباحثون نماذج اللغة الكبيرة، نماذج المحولات، والهياكل الأخرى للذكاء الاصطناعي للمساعدة في تصميم الأجهزة الكمومية، وتطوير البرمجيات، وتحسين تصحيح الأخطاء الكمومية.

بالطبع، من المنطقي أن يكون لأجهزة الكمبيوتر الكمومية ميزة طبيعية في التطبيقات التي هي نفسها ميكانيكية كمومية. ما هو أقل وضوحًا هو ما تم إثباته أيضً -أن أجهزة الكمبيوتر الكمومية يمكن أن تقدم مكاسب كبيرة في حل بعض أنواع المشكلات غير الكمومية، مثل التحليل. اكتشف الباحثون والرياضيون بالفعل ستين خوارزمية تسمح لأجهزة الكمبيوتر الكمومية بحل المشكلات أسرع بكثير من الكمبيوترات الكلاسيكية. بعض هذه الزيادات في السرعة تكون أُسّية في المقياس، كما تم إثباته في الأمثلة أعلاه؛ وبعضها أقل دراماتيكية ولكنه لا يزال يشكل مكسبًا كبيرًا مقارنة بأجهزة الكمبيوتر الكلاسيكية.

إحدى المجالات المكثفة في البحث هي دراسة التحسين. بالنظر إلى مجموعة من المتغيرات، يسعى التحسين إلى إيجاد الحل الأكثر كفاءة ويستخدمه المخططون الماليون، ومديرو لوجستيات الشحن، والمدربون الرياضيون، من بين آخرين. التحسين هو أيضًا جزء أساسي من أنظمة الذكاء الاصطناعي. بالنظر إلى مدى أهمية حسابات التحسين للاقتصاد العالمي، إذا تم تنفيذ حتى جزء صغير منها بسرعة أكبر وبأقل تكلفة وبتوفير كبير في الطاقة، فإن التأثير سيكون غير قابل للقياس.

آلات أسرع، مخاطر أكبر

إمكانات الحوسبة الكمومية ملهمة، ولكن الحدود الحالية للتكنولوجيا محبطة. الانتقال من الوضع الحالي إلى الأنظمة المتقدمة التي تحتاجها بعض تطبيقاتها الأكثر وعدًا سيتطلب دمج مكونات معقدة بعمق والتغلب على تحديات لا حصر لها. نتيجة لذلك، قد تكون العديد من التطبيقات المتخيلة لا تزال بعيدة لعدة سنوات. وفقًا للتقديرات الحالية، على سبيل المثال، فإن جهاز كمبيوتر كمومي قادر على فك الشيفرات سيحتاج إلى حوالي 40,000 مرة من عدد الكيوبتات الفيزيائية وتقليص معدل الأخطاء الفيزيائية بمقدار خمسة أضعاف مقارنة بأفضل النماذج الأولية الحالية. أجهزة الكمبيوتر الكمومية التي يمكنها إجراء حسابات كيميائية بسيطة تكلف أقل بمقدار درجتين من حيث الحجم، لكنها، أيضًا، ستعتمد على تكنولوجيا متقدمة أكثر بكثير.

أحد مقاييس الحالة الحالية لتطوير الحوسبة الكمومية يمكن أخذه من خريطة الطريق التي نشرتها "جوجل" في عام 2018. تخيّلت الخطة ستة معالم تقنية ستكون مطلوبة لتحقيق كمبيوتر كمومي كامل الحجم: إثبات أن معالجا كموميا يمكنه التفوق على معالج كلاسيكي في أول مهمة، تطوير نموذج أولي للكيوبت المنطقي، إثبات وجود كيوبت منطقي حقيقي، بناء بوابة منطقية للعملية بين عدة كيوبتات منطقية، إيجاد 100 كيوبت منطقي، والتي تعتبر نقطة انطلاق لمحاكاة كمومية بسيطة، وإنتاج 1,000 كيوبت منطقي لمحاكاة أكثر تعقيدًا. (سيحتاج الكمبيوتر الذي يفك الشيفرات إلى قدرات أكثر تطورًا). لقد حققت "جوجل" أول مَعلمين لها، وفي ديسمبر 2024 أعلنت عن "Willo"، وهو معالج كمومي جديد قادر على حل خوارزمية مرجعية في دقائق، وهي خوارزمية كانت ستستغرق من أجد أسرع أجهزة الكمبيوتر الخارقة اليوم حوالى 10²⁵ سنة لإتمامها. شركات أخرى -بما في ذلك IBM،IonQ وQuEra- نشرت خرائط الطريق الخاصة بها لتحقيق كمبيوتر كمومي كبير الحجم مصحح للأخطاء. وقد حقق الباحثون الصينيون، وخاصة في جامعة العلوم والتكنولوجيا في الصين، المَعلَم الأول لـ "جوجل" وأظهروا معالجات تحتوي على مئات الكيوبتات. مثل اللاعبين الآخرين في هذا المجال، من المؤكد أن الباحثين الصينيين لديهم أيضًا تطورات كبيرة لم يتم نشرها بعد.

لتقييم الوضع الحالي في سباق الحوسبة الكمومية، أعلنت وكالة مشاريع الأبحاث الدفاعية المتقدمة (DARPA)، الذراع البحثية لوزارة الدفاع الأمريكية، مؤخرًا عن مبادرة "التحقق الكمومي" لتحديد ما إذا كانت أي من تقنيات الحوسبة الكمومية يمكن أن تحقق التشغيل على نطاق واسع بحلول عام 2033. على الرغم من استحالة التنبؤ بالوتيرة الدقيقة للابتكار المستقبلي، فقد قدر بعض الباحثين أن النماذج الأولية لأجهزة الكمبيوتر الكمومية كاملة الحجم، التي قد تتكون من نحو عشرة كيوبتات منطقية، قد يتم تطويرها بحلول نهاية هذا العقد. إن إنجازًا كهذا، جنبًا إلى جنب مع طرق تصحيح الأخطاء المحسّنة والخوارزميات الأكثر كفاءة، قد يقرب العالم بشكل مغري من محاكاة كمومية.

إلى جانب هذا التقدم، تشير التقديرات الحالية إلى أن الباحثين من غير المرجح أن يحققوا أول جهاز كمبيوتر كمومي حقيقي لفك الشيفرات -جهاز كمبيوتر كمومي يحتوي على ملايين الكيوبتات وتصحيح أخطاء مناسب- حتى أواخر ثلاثينيات القرن الحالي. حتى في ذلك الوقت، سيتطلب مثل هذا الكمبيوتر ساعات من الوقت لفك شيفرة عدد كبير واحد فقط. ومع ذلك، من المهم للولايات المتحدة وشركائها الدوليين أن يبدأوا في الاستعداد لهذه التكنولوجيا الآن. على الرغم من توفر معايير أمان جديدة منذ فترة طويلة، إلا أن الشبكات تأخذ وقتًا طويلًا لتنفيذها. سيستغرق الأمر سنوات لتطوير واختبار وتحسين مجموعة من المعايير الآمنة الكمومية. منذ عام 2016، يقود المعهد الوطني للمعايير والتكنولوجيا (NIST) جهدًا لتطوير معايير التشفير لعالم ما بعد الكم. في أغسطس 2024، أعلن المعهد عن أول مجموعة من ثلاثة خوارزميات تشفير كلاسيكية كمعايير جاهزة للاستخدام الفوري، مع تعليمات لدمجها في أنظمة التشفير ومنتجات أخرى. على الرغم من أن هذه المجموعة من الخوارزميات محصنة ضد جميع طرق فك التشفير المنشورة اليوم، إلا أنه من الممكن أن تكون واحدة أو أكثر منها عرضة للهجمات الكمومية في المستقبل. لقد أصبحت هذه المخاوف أكثر إلحاحًا في أعقاب البحوث الجديدة التي تشير إلى أن التشفير العام قد لا يكون آمنًا تمامًا ضد الهجمات الكمومية.

مثل غيرها من التقنيات الجديدة والقوية، تحمل الحوسبة الكمومية وعودًا هائلة، ولكنها تقدم أيضًا مخاطر جديدة كبيرة. بالإضافة إلى سرقة البيانات على نطاق واسع، والاضطراب الاقتصادي، والخروقات الاستخبارية، يمكن استخدام أجهزة الكمبيوتر الكمومية لأغراض خبيثة مثل محاكاة وتصنيع الأسلحة الكيميائية أو تحسين مسارات الطيران لأسراب الطائرات المسيّرة. كما هو الحال مع الذكاء الاصطناعي، يثير احتمال سوء الاستخدام أو إساءة الاستغلال أسئلة حاسمة حول من يجب أن يتحكم في هذه التكنولوجيا وكيفية تقليل أسوأ التهديدات. سيتعين على صانعي السياسات تحديد كيفية تعظيم الفوائد الاقتصادية والمجتمعية مع تقليل المخاطر. سيتطلب إيجاد أفضل الطرق لتحقيق هذا التوازن نقاشًا دقيقًا داخل المجتمع المدني وفهمًا من الجمهور للفوائد والأضرار المحتملة لهذه التكنولوجيا. هناك العديد من المستقبلات لعالم يحتوي على أجهزة كمبيوتر كمومية. أفضل سيناريو هو أن تقود الديمقراطيات الليبرالية تطوير هذه التكنولوجيا وإدارتها الجماعية. أسوأ السيناريوهات هو أن تتنازل الولايات المتحدة وشركاؤها الدوليون، من خلال التقاعس أو عدم القيام بالإجراءات الكافية، عن هيمنة هذه التكنولوجيا الجديدة للصين والدول أخرى ذات أنظمة الاستبدادية.

القفزة الكمومية

إتقان الحاسوب الكمومي هو مشروع جريء وطموح ومعقد، ولن يكون بمقدور أي شركة أو دولة إنجازه بمفردها. أنظمة اليوم المبكرة تتطلب بالفعل الآلاف من الأجزاء المتخصصة، الأدوات، والأجهزة؛ المنشآت المتطورة للتصنيع والتبريد؛ وإتقان عالمي في العشرات من المجالات التقنية، جميعها مدعومة بمليارات الدولارات من الاستثمار في البحث والتطوير. أنظمة الغد ستكون أكثر تعقيدًا بكثير. إذا كانت الولايات المتحدة تأمل في قيادة هذا السباق، وبالتعاون مع حلفائها الدوليين، في بناء أنظمة الحوسبة الكمومية الأكثر تقدمًا، فإنه يجب عليها السماح للعمال الكموميين بالتعاون عبر القطاعات والحدود. يمكن أن يوفر التعاون الفعال ميزة كبيرة للديمقراطيات الليبرالية على الدول الأكثر انغلاقًا واستبدادية.

بالنسبة للعديد من الشركات التي تعمل على الأنظمة الكمومية اليوم، تعتبر المعالجات الكمومية جوهرة التاج للملكية الفكرية الخاصة بها ويتم تصنيعها في بلدها الأم: تقوم "جوجل" بصنع رقائق الكم في الولايات المتحدة، بينما تنتج Oxford Quantum Circuits رقائق الكم في المملكة المتحدة، وتفعل Alice & Bob الشيء نفسه في فرنسا. في كل حالة، تكون هذه الرقائق مخصصة للبحث والتطوير الداخلي؛ وفي بعض الحالات، يسمح للأطراف الثالثة بالوصول إلى النماذج الأولية المبكرة. كما أظهرت صناعة أشباه الموصلات، فإن هناك مزايا جيوسياسية لأي دولة للاحتفاظ بقدرتها المحلية في تصنيع عنصر استراتيجي.

لتصنيع المعالجات ودمج أنظمة الحوسبة الكمومية بشكل محلي، يجب توافر المهارات اللازمة. وهذا يتطلب تعاونًا بين الهيئات الحكومية والصناعات والمؤسسات البحثية والتعليمية. يمكن لشركات الحوسبة الكمومية دعم هذه العملية من خلال مشاركة احتياجاتها المستقبلية من القوى العاملة وتوفير فرص التدريب العملي. نظرًا لأن المهارات المطلوبة في الحوسبة الكمومية متخصصة للغاية، فإنه من غير الممكن أن تتمكن كل دولة - وربما لا يستطيع أي بلد بمفرده - من تطوير جميع المهارات اللازمة. تشمل أعمالنا في هذا المجال تعاونًا مع أكثر من 100 مؤسسة أكاديمية وشريك صناعي عبر الولايات المتحدة وأوروبا ومنطقة آسيا والمحيط الهاديء. سيكون من الحكمة للولايات المتحدة وحلفائها تنفيذ سياسات التأشيرات والهجرة وضوابط الصادرات التي تسمح لشركات هذا القطاع الحيوي بتوظيف أكثر العلماء والمهندسين والفنيين موهبة. في سبتمبر، اتخذت وزارة التجارة الأمريكية خطوة مهمة في هذا الاتجاه من خلال إعلان قواعد جديدة تشمل إعفاء من تصدير المنتجات لتسهيل توظيف العمالة الدولية عالية المهارة في الولايات المتحدة.

ستحتاج واشنطن وشركاؤها الدوليون أيضًا إلى إقامة سلاسل توريد قوية لجميع الأنظمة الفرعية والمكونات التي تدخل في تصنيع الحوسبة الكمومية. العديد من المكونات اللازمة يتم إنتاجها وما زالت تنتج في مواقع متفرقة حول العالم. على سبيل المثال، يتطلب بناء الكيوبتات الفائقة التوصيل العديد من الأدوات التي تُستخدم في منشآت تصنيع أشباه الموصلات المتقدمة التي تملكها شركات مثل Intel وTSMC؛ وهذه الأدوات تصنع في فرنسا وألمانيا وهولندا والولايات المتحدة، من بين دول أخرى. تتطلب الثلاجات التبريدية الفائقة خبرة يمتلكها عدد قليل من الشركات، معظمها في المملكة المتحدة والاتحاد الأوروبي. كما أن المكونات الأخرى، مثل الإلكترونيات التحكمية والأسلاك، صممت من قبل شركات متخصصة في إسرائيل واليابان وتايوان، بالإضافة إلى الولايات المتحدة والاتحاد الأوروبي. قد تتمكن الدول بمفردها من إتقان تصنيع بعض الأجزاء، لكن الدول المتشابهة في الفكر ستحتاج إلى العمل معًا لتجميع اللغز الكامل ومنع وصوله إلى الدول الاستبدادية.

من أجل أن تحقق الحوسبة الكمومية إمكاناتها بالكامل، سيكون من الضروري إشراك العقول المبدعة من العديد من التخصصات لتطوير استخدامات هذه التكنولوجيا. هناك العديد من الجهود المبكرة لتعزيز بيئة المطورين، بما في ذلك برنامج تقييم الحوسبة الكمومية التابع لـ DARPA، الذي يقيس التقدم نحو مجالات التطبيقات المحتملة، وجائزة XPRIZE للتطبيقات الكمومية، وهي مسابقة دولية لمدة ثلاث سنوات بقيمة 5 مليون دولار لتوليد خوارزميات حوسبة كمومية جديدة للتحديات الواقعية. ستتحقق المكاسب من خلال المطورين الذين ينشئون واجهات سهلة الوصول، ومن خلال الأكاديميين وقادة الأعمال الذين يستخدمون هذه الواجهات لحل المشاكل الأكثر أهمية بالنسبة لهم، ومن خلال المستهلكين الذين يقدمون ملاحظاتهم حول ما يجدونه الأكثر قيمة.

مثل السباق إلى هبوط الإنسان على سطح القمر أو تسلسل جميع الجينات في الجينوم البشري، لا يمكن تحقيق التطور الناجح والآمن للحوسبة الكمومية بواسطة العلماء وحدهم. بل سيحتاج ذلك إلى التزام جماعي من القطاعين العام والخاص بالموارد والمهارات والديبلوماسية الدولية بعيدة النظر. ستوفر الحوسبة الكمومية فرصًا استثنائية للولايات المتحدة والعديد من البلدان حول العالم. لكنها ستطرح أيضًا مخاطر جديدة، بما في ذلك إمكانية إساءة استخدامها أو استغلالها، والصدمات المحتملة للنظام العالمي. إذا تمكنا من إدارة هذه المخاطر، فإن إمكانات الحوسبة الكمومية لتسريع التقدم البشري وبناء مستقبل أفضل قد تكون مذهلة.

جميع المقالات تعبر عن وجهة نظر أصحابها وليس عن وجهة نظر وكالة قدس نت