U3F1ZWV6ZTU1NjAxNTg2Njg1MzMwX0ZyZWUzNTA3ODI4ODc5ODMyMg==

معلومات عن الكمبيوتر الكموميه

قامت نسخة مصغرة من رقاقة الجميز الخاصة بالشركة بمحاكاة قياسية لتفاعل كيميائي


الكمبيوتر الكميائي, كمبيوتر الكمومي, الكمبيوتر الكموميه, استخدام الكمبيوتر الكمومي,

يمكن أيضًا إجراء المحاكاة التي أجراها الباحثون ، والمعروفة باسم إجراء Hartree-Fock ، على جهاز كمبيوتر كلاسيكي، لذلك لم تثبت بحد ذاتها تفوق الكمبيوتر الكمومي. وتم تشغيله بمساعدة الكمبيوتر الكلاسيكي ، والذي استخدم التعلم الآلي لتقييم كل عملية حسابية ثم صقل جولات جديدة من المحاكاة الكمية. لكن هذا الإنجاز يؤكد صحة الأساليب الأساسية للمشروع ، والتي  يقول شياو يوان ، زميل أبحاث ما بعد الدكتوراه في معهد الفيزياء النظرية بجامعة ستانفورد ، والذي كتب تعليقًا مرفقًا بورقة Google في العلوم ، حتى الآن ، لم يحقق أي كمبيوتر كمي ما لم يستطع الكمبيوتر الكلاسيكي تحقيقه.

حتى تحقيق الشركة في التفوق الكمي في عام 2019 كان موضع تساؤل من قبل باحثي IBM ، الذين أظهروا طريقة لتحقيق نفس النتائج على كمبيوتر عملاق في يومين ونصف اليوم ، على الرغم من أن إصدار Google استغرق أكثرمن ثلاث دقائق. ولكن ، كما يقول يوان، تُعد تجربة كيمياء الكم خطوة مهمة نحو هدف رئيسي. ويضيف: "إذا تمكنا من استخدام جهاز كمبيوتر كمي لحل سؤال كلاسيكي صعب وذو مغزى ، فسيكون هذا بالفعل أكثرالأخبار إثارة".

يقول يوان إنه لا يوجد سبب نظري لعدم تمكن العلماء من تحقيق هذا الهدف ، لكن التحدي التقني المتمثل في  الانتقال من بضع كيوبتات إلى عدة مئات - وفي النهاية أكثر بكثير - سيتطلب الكثير من الهندسة المعقدة . سيتطلب الكمبيوتر الكمومي متعدد الأغراض مع ملايين الكيوبتات تطوير بروتوكولات تصحيح الأخطاء ، وهي مشكلة شاقة بشكل خاص قد يستغرق حلها عقدًا أو أكثر. لكن ما يسمى بالحواسيب الكمومية ذات الحجم المتوسط ​​الصاخبة، والتي لا تحتوي على تصحيح كامل للأخطاء ، قد تظل مفيدة في هذه الأثناء.

تتوافق الكيمياء جيدًا مع الحوسبة الكمومية ، لأن التفاعل الكيميائي هو بطبيعته كمي ، كما يقول ألان أسبورو-جوزيك، رائد كيمياء الكم بجامعة تورنتو. لنمذجة مثل هذا التفاعل بشكل كامل ، يجب على المرء أن يعرف الحالات الكمومية لجميع الإلكترونات المعنية. وما هي أفضل طريقة لنمذجة نظام كمي من استخدام نظام كمي آخر؟ يقول Aspuru-Guzik: قبل وقت طويل من قيام المهندسين بتطوير كمبيوتر كمي قابل للبرمجة بشكل عام ، يجب أن تكون الأجهزة التي تحتوي على عدد قليل من الكيوبتات قادرة على التفوق على أجهزة الكمبيوتر الكلاسيكية في  مجموعة فرعية من المشكلات المثيرة للاهتمام في الكيمياء. ويضيف: "لذا فهذه مشكلة كبيرة ، لكنها ليست نهاية القصة".

على سبيل المثال ، تسعى Aspuru-Guzik إلى الحصول على مواد أفضل للبطاريات لتخزين الطاقة التي تنتجها توربينات الرياح والخلايا الشمسية. هذه المواد لها خصائص يمكن أن تتعارض: يجب أن تكون تفاعلية بما يكفي لشحنها وتفريغها بسرعة ولكنها تظل ثابتة بدرجة كافية لتجنب الانفجار أو الاشتعال. يمكن أن تساعد النماذج الحاسوبية للتفاعلات في تحديد المواد المثالية لهذه المهمة الصعبة. يمكن أن تكون هذه النماذج مهمة أيضًا في تطوير عقاقير جديدة.

ومع ذلك ، قد لا تكون أجهزة الكمبيوتر الكمومية هي الطريقة الثورية الجديدة الوحيدة لنمذجة التفاعلات الكيميائية ، كما تقول Aspuru-Guzik. من الممكن أن يطور الذكاء الاصطناعي خوارزميات فعالة بما يكفي لتشغيل عمليات محاكاة قابلة للاستخدام على أجهزة الكمبيوتر الكلاسيكية. للتحوط من رهاناته ، يعمل مختبره على كلا الاحتمالين: فهو يطور خوارزميات جديدة للعمل على أجهزة الكمبيوتر الكمومية متوسطة المدى ويخلق روبوتات تعتمد على الذكاء الاصطناعي لاكتشاف أنواع جديدة من المواد.

لكن عمل Google يجعل Aspuru-Guzik متفائلًا بأن الحوسبة الكمومية يمكن أن تحل مشاكل مثيرة للاهتمام في  المستقبل غير البعيد. يقول: "هذا هو أفضل ما يمكن أن يفعله الكمبيوتر الكمومي اليوم". "ولكن هناك الكثير من العمل ، سواء في الأجهزة أو البرامج ، للوصول إلى هناك."

عندما أعلن باحثون في Google في الخريف الماضي أنهم حققوا "تفوقًا كميًا" - وهي النقطة التي يمكن للكمبيوتر الكمومي أن يؤدي فيها مهمة بعيدة عن متناول أجهزة الكمبيوتر العادية - تساءل بعض الناس ما هي الصفقة الكبيرة.قال النقاد إن البرنامج ، الذي فحص ناتج مولد الأرقام العشوائية ، كان ذا قيمة عملية محدودة ولم يثبت أن آلة الشركةيمكن أن تفعل أي شيء مفيد.

الآن ، ومع ذلك ، حقق الكمبيوتر الكمومي لشركة Google شيئًا يمكن أن يكون له تطبيقات في العالم الحقيقي: محاكاة تفاعل كيميائي بسيط بنجاح. يوجه هذا العمل الفذ الطريق نحو كيمياء الكم ، والتي يمكن أن توسع فهم العلماء للتفاعلات الجزيئية وتؤدي إلى اكتشافات مفيدة ، مثل بطاريات أفضل وطرق جديدة لصنع الأسمدة وطرق محسنة لإزالة ثاني أكسيد الكربون من الهواء.


تم إجراء تجربة التفوق الكمي في العام الماضي على شريحة تسمى Sycamore ، والتي تحتوي على 53 بتة كمية فائقة التوصيل ، أو كيوبت. عند تبريدها إلى ما يقرب من الصفر المطلق ، تكتسب الكيوبتات خصائص ميكانيكا الكم ، مما يسمح للعلماء بمعالجتها بطرق أكثر تعقيدًا وإفادة من تدفقات التيار "التشغيل / الإيقاف" البسيطة التي تشكل أجزاء أجهزة الكمبيوتر الكلاسيكية. الأمل هو أنه في يوم من الأيام ، ستصبح أجهزة الكمبيوتر الكمومية قوية بما يكفي لإجراء حسابات بسرعة من شأنها أن تستغرق عمر الكون حتى يكتمل الكمبيوتر الكلاسيكي.




هذه التجربة الكم الكيمياء ، التي وصفت في هذه القضية 28 أغسطس من مجلة العلوم ، تعتمد على نفس التصميم الجميز الأساسية، على الرغم من أنه يستخدم فقط 12 المكدسة. لكنه يوضح مدى تنوع النظام ، كما يقول ريان بابوش ، الباحث المسؤول عن تطوير الخوارزميات لمشروع Google. يقول: "إنه يظهر أن هذا الجهاز ، في الواقع ، هو كمبيوتر كمومي رقمي قابل للبرمجة تمامًا ويمكن استخدامه حقًا في أي مهمة قد تحاول القيام بها".

قام الفريق أولاً بمحاكاة نسخة مبسطة من حالة الطاقة لجزيء يتكون من 12 ذرة هيدروجين ، حيث تمثل كل واحدة من الـ 12 كيوبت إلكترونًا واحدًا لذرة واحدة. ثم قاموا بنمذجة تفاعل كيميائي في جزيء يحتوي على ذرات الهيدروجين والنيتروجين ، بما في ذلك كيف سيتغير الهيكل الإلكتروني لهذا الجزيء عندما تنتقل ذرات الهيدروجين من جانب إلى آخر. نظرًا لأن طاقة الإلكترونات تحدد مدى سرعة حدوث التفاعل عند درجة حرارة معينة أو تركيز جزيئات مختلفة ، فإن مثل هذه المحاكاة يمكن أن تساعد الكيميائيين على فهم كيفية عمل هذا التفاعل بالضبط - وكيف سيتغير إذا قاموا بتغيير درجة الحرارة أو المزيج الكيميائي.

ستكون جزءًا لا يتجزأ من عمليات محاكاة كيمياء الكم في المستقبل ، كما يقول نيكولاس روبين ، عالم أبحاث في فريق ستكون جزءًا لا يتجزأ من عمليات محاكاة كيمياء الكم في المستقبل ، كما يقول نيكولاس روبين ، عالم أبحاث في فري جوجل الكمومي. وكان حجمه ضعف حجم حساب الكيمياء السابق الذي يحمل الرقم القياسي والذي تم إجراؤه على كمبيوتر كمي. في عام 2017 ، أجرت شركة IBM محاكاة كيمياء الكم باستخدام ستة كيوبتات. يقول روبن إن هذه النتيجة وصفت نظامًا جزيئيًا 


بمستوى من التعقيد يمكن للعلماء في عشرينيات القرن الماضي حسابه يدويًا. بمضاعفة هذا الرقم إلى 12 كيوبت ، عالج مشروع Google نظامًا يمكن حسابه باستخدام كمبيوتر من حقبة الأربعينيات. ويضيف بابوش: "إذا ضاعفناها مرة أخرى ، فسنذهب على الأرجح إلى شيء مثل 1980". "وإذا ضاعفناه مرة أخرى ، فسنكون على الأرجح أبعد مما يمكنك فعله بشكل كلاسيكي اليوم."

تعليقات
ليست هناك تعليقات
إرسال تعليق

إرسال تعليق

الاسمبريد إلكترونيرسالة