تصميم حواسيب كمومية بالاستناد إلى مبادئ النسبية الخاصة

بقلم كارميلا بادافيك-كالاغان

يمكن تسخير مبادئ النظرية النسبية الخاصة Special theory of relativity في تطوير نوع جديد من الحواسيب الكمومية، وهو ما قد يتيح الاستفادة من تعلم الآلة لتعميق فهمنا للعالم الكمومي.
تصف نظرية النسبية الخاصة، لألبرت آينشتاين Albert Einstein، كيف يؤثر التحرك بسرعات قريبة من سرعة الضوء في إدراك المسافرين المكان والزمن. ولا تقتصر هذه الرؤى على التجارب الفكرية فقط، بل إنها تُعدُّ أساسية بالنسبة إلى تقنيات متقدمة؛ مثل: الاتصالات عبر الأقمار الاصطناعية، ونظام تحديد المواقع العالمي (GPS).
يشير تي. ريك بيرش T. Rick Perche وزملاؤه، من معهد بريمتر للفيزياء النظرية Perimeter Institute for Theoretical Physics في كندا، إلى أن التأثيرات النسبية قد تسهم في تطوير نوع معين من الحواسيب الكمومية. فصمموا النموذج الرياضياتي الأكثر تفصيلًا ودقة حتى الوقت الحالي لبناء حاسوب كمومي من هذا النوع.
لقد استكشف الباحثون سابقًا كيف يمكن أن تنشأ بعض عمليات الحوسبة الكمومية من التأثيرات النسبية؛ مثلا: يمكن لكيوبتَين Qubits أن يترابطا عبر التشابك الكمومي؛ عندما يتحرك كل منهما بالقرب من الآخر بسرعة فائقة. ومع ذلك، لم تتوافر، حتى الوقت الحالي، «وصفةٌ» توضح كيف تُدمَج جميع هذه العمليات في نموذج رياضي متكامل للحاسوب [الكمومي].
يقول بيرش: «كان الأمر أشبه بمن يقول: ‹لدينا الطحين، ولدينا الماء، ولدينا الخميرة، من الواضح أنه يمكننا صنع الخبز›». ونحن عملنا على تحديد مقدار الخميرة، وكمية الطحين، والترتيب الصحيح، وكمية الماء اللازمة».

لقد استكشف الباحثون كيف يمكن أن تنشأ بعض عمليات الحوسبة الكمومية من التأثيرات النسبية

اعتمد بيرش وزملاؤه على رياضيات نظرية المعلومات الكمومية النسبية Relativistic quantum information theory التي تفسِّر كيف يمكن للحركة الفائقة السرعة، والتفاعلات الكمومية، تعديل المعلومات المُشفَّرة داخل الكيوبتات، مع الأخذ بعين الاعتبار التأثيرات الناجمة عن تفاعل الكيوبتات مع المجالات الكمومية المنتشرة في الفضاء.
استعان الباحثون – أيضًا – بتقنيات تعلم الآلة، وكتبوا برامج موجزة للحوسبة الكمومية، ثم استخدموا خوارزمية لتحديد كيف يتعيَّن على كيوبتات الحاسوب الكمومي أن تتحرك لتشغيل هذه البرامج (مجلة رسائل المراجعة الفيزيائية – فيزيكال ريفيو ليترز Physical Review Letter – قيد الطبع).
لاختبار هذه الطريقة، عمل الفريق على تحديد آلية تشغيل الحاسوب الكمومي النسبي لخوارزمية تحويل فورييه الكمومي Quantum Fourier transform algorithm. يقول فيليب لوميتر Philip LeMaitre، من جامعة إنسبروك University of Innsbruck في النمسا، وأحد المشاركين في المشروع، إن هذه الخوارزمية تعد برنامجًا بسيطًا لكنه مهم على نطاق واسع، وسيجده جميع باحثي الحوسبة الكمومية مفيدًا.
أما إدواردو مارتن-مارتينيز Eduardo Martin-Martinez، من جامعة واترلو University of Waterloo الكندية، الذي لم يكن ضمن الفريق البحثي، فيرى أن هذه الدراسة تشكل تقدمًا كبيرًا، وتُعد قفزة في مجال الحواسيب الكمومية القائمة على النسبية؛ إذ يمكن أن تقود إلى فهم أعمق لمعالجة المعلومات الكمومية والمجالات الكمومية، كما قد توفر طريقة جديدة لربط المجالين.
وبما أن تعلم الآلة هو – بالفعل – جزءٌ من نهج الباحثين، فإنهم يسعون إلى استكشاف إمكان استخدامه لاكتشاف خصائص جديدة للمجالات الكمومية، وربما الكشف عن قوانين فيزيائية جديدة تحدد سلوك هذه المجالات.

© 2025, New Scientist, Distributed by Tribune Content Agency LLC