مقابلة: البحث في خوارزميات الكم لأجهزة اليوم
في حين أن السؤال الذي تبلغ قيمته مليار دولار يدور حول متى ستصبح الحوسبة الكمومية قابلة للتطبيق تجاريًا، فإن من بين المشكلات التي تتم معالجتها في الوقت الحالي هي كيفية تحقيق أقصى استفادة من التكنولوجيا الحالية، حيث تواجه الأجهزة الكمومية معدل خطأ مرتفع.
على الرغم من أن الصناعة يمكن أن تنتج آلات تحتوي على مئات من الكيوبتات المادية، إلا أن العدد الفعلي للبتات الكمومية المنطقية الخالية من الأخطاء المتوفرة في أحدث أجهزة الكمبيوتر الكمومية لا يزال صغيرًا جدًا.
ومع تحسن التكنولوجيا، يبحث الباحثون في كيفية الحصول على أفضل النتائج من أجهزة الكمبيوتر الكمومية الصاخبة الموجودة اليوم، ويأخذون في الاعتبار أنواع المشكلات التي يمكن للأجهزة الكمومية التي تحتوي على أعداد كبيرة من الكيوبتات المنطقية أن تحلها.
محاكاة لاكتشاف المخدرات
لوسي روبسون هي عالمة خوارزمية كمومية في شركة Universal Quantum. وهي جزء من فريق يبحث في كيفية تطبيق الحوسبة الكمومية في اكتشاف الأدوية.
وفي حديثها إلى Computer Weekly عن عملها، تقول روبسون: “إن تركيزنا لا ينصب فقط على النظر إلى الخوارزميات الكمومية، التي يمكنها تنفيذ حالات الاستخدام في العالم الحقيقي، ولكنه أيضًا يدور حول فهم كيف يمكننا بناء تصحيح للأخطاء الكمومية عالي الأداء، وعلى وجه الخصوص، كيف يمكننا الحصول على مزايا لأجهزة الحوسبة الكمومية الأيونية المحاصرة القابلة للتطوير من Universal Quantum من خلال تصميم ذكي لبروتوكولات تصحيح الأخطاء.”
وبالنظر إلى تحديات المحاكاة الكمومية لاكتشاف الأدوية، يقول روبسون إن هناك حاجة إلى كمبيوتر كمي واسع النطاق ومتحمل للأخطاء: “هذا شيء أكبر بكثير من الأجهزة التي لدينا حاليًا في الوقت الحالي.
“نحن نتحدث عن الحاجة إلى مئات الآلاف أو الملايين من الكيوبتات لنكون قادرين على دعم الحمل العام لتصحيح الأخطاء الكمومية على النطاق الذي نحتاجه لتنفيذ خوارزميات كبيرة جدًا، وما نراه على نطاق واسع هو دفعة حقيقية لمحاولة فهم مدى بعدنا عن الحوسبة الكمومية المتسامحة مع الأخطاء.”
يقول روبسون إن هذه المشكلة ليست مجرد مشكلة في الأجهزة. وتضيف: “يتعلق الأمر أيضًا بالنظر في ما يحتاجه مطورو التطبيقات – البرامج الوسيطة والأدوات البرمجية التي ستكون ضرورية للأشخاص الذين هم خبراء في مجال الكيمياء الحاسوبية حتى يتمكنوا من الاستفادة من هذه الأجهزة الكمومية بأنفسهم”.
بدلاً من التعامل مع الكمبيوتر الكمومي كجهاز مقصور على فئة معينة ومتخصص لا يمكن تشغيله إلا من قبل أشخاص لديهم مجموعة مهارات محددة للغاية، يأمل روبسون أن تفتح هذه الأدوات الحوسبة الكمومية لمهندسي البرمجيات الذين ليسوا خبراء في الحوسبة الكمومية.
يركز عمل روبسون حاليًا على حالة استخدام محددة للحوسبة الكمومية التي تبحث في كيفية قيام الخوارزميات الكمومية بتسريع محاكاة الخواص الكيميائية – على وجه التحديد، كيمياء الكم لعملية اكتشاف الأدوية.
في العام الماضي، أعلنت شركة Universal Quantum أنها تتعاون مع معهد Open Quantum Institute (OQI) لاستخدام الحوسبة الكمومية في اكتشاف الأدوية. كان الفريق يبحث في كيفية تسريع عمليات المحاكاة الكمومية لاكتشاف علاجات جديدة وغير هرمونية لمرض بطانة الرحم، وهي حالة معيقة ومتقدمة تؤثر على حوالي 10٪ من النساء على مستوى العالم.
وفقا لروبسون، فإن متوسط الوقت اللازم للتشخيص في المملكة المتحدة يتراوح بين سبع وعشر سنوات: “هذا في الواقع مؤشر على النقص المنهجي في تمويل صحة المرأة بشكل عام. وبينما بدأنا في الأصل في استخدام الخوارزميات الكمومية، فإن إحدى حالات الاستخدام العظيمة لذلك هي محاكاة الأنظمة الفيزيائية وكيمياء الكم، وأحد التطبيقات الرئيسية لكيمياء الكم هو في مجال المستحضرات الصيدلانية واكتشاف الأدوية”.
فهم الكم
بالنسبة للأشخاص الذين لم يواجهوا ميكانيكا الكم ــ الظاهرة التي تمكن أجهزة الكمبيوتر الكمومية من إجراء عمليات حسابية خارج نطاق أقوى أجهزة الكمبيوتر العملاقة ــ فإن المفاهيم التي تجسدها مثل التراكب محيرة للعقل. ويضيف روبسون: “إنه أمر غير بديهي بالتأكيد”.
وتتذكر النصيحة التي قدمها الفيزيائي روجر بنروز الحائز على جائزة نوبل في مقدمة كتاب كانت تقرأه عن تعلم المفاهيم الصعبة: “أتذكر أنني التقطت أحد كتبه عندما كان عمري حوالي 16 عامًا، على وشك البدء في الرياضيات على المستوى الأول، لذلك لم أكن على دراية بالكثير من الرموز والمصطلحات التي كانت تستخدم.
“في الفترة القصيرة التي شاركت فيها في هذا المجال، رأيت أشياء كنت قد قرأت عنها كورقة نظرية يتم نشرها الآن بشكل تجريبي”
لوسي روبسون، الكم العالمي
“نصيحته للتعامل مع أي نوع من الصيغ الجديدة أو الغريبة التي لم ترها من قبل هي محاولة الحصول على فهم بديهي. قد لا يتعلق ذلك بقراءة المعادلة أو فهم المصطلحات، ولكن قراءة الوصف، والنظر إلى الرسم البياني ومحاولة الحصول على بعض المفاهيم في عقلك حول ما يحاول هذا الشيء وصفه بالفعل، ثم العودة وتعلم الترميز وتعلم الصيغة.”
وتقول إن هذا النهج خدمها جيدًا دائمًا: “هذا هو الشيء الذي أفعله دائمًا عندما أجد شيئًا جديدًا وغير مألوف”.
نصيحتها لمطوري البرمجيات الذين يرغبون في الدخول في الخوارزميات الكمومية هي فهم الجبر الخطي: “تبدو العديد من المفاهيم غريبة وغريبة. لكني استفدت من كوني قادمًا من درجة علمية حيث قمنا بالكثير من الجبر الخطي، لذلك أود أن أزعم أن أحد أقوى المتطلبات الأساسية التي تحتاجها للخوارزميات الكمومية، على وجه الخصوص، هو الشعور بالراحة مع الجبر الخطي”.
بدأت رحلة روبسون إلى الكمبيوتر الكمي عندما بدأت في استكشاف هذا الموضوع. تقول: “كان هناك ثروة من المواد الجديدة المتاحة، لذلك بدأت محاولة فهم ما هو الكم على الأرض، واكتشفت أن هناك تقاطعًا هائلاً بين الحوسبة الكمومية وعلوم الكمبيوتر النظرية. وهذا حقًا ما جعلني مدمن مخدرات حقًا”، مستذكرة تجربتها كمبرمجة علمت نفسها ذاتيًا، وقراءة RFCs (طلب التعليقات)، وعملها في مجال الأمن السيبراني بعد دراسة علوم الكمبيوتر.
ثم أتيحت الفرصة لروبسون للعمل في مشروع صغير الحجم يبحث في تطبيقات الحوسبة الكمومية لقطاع الدفاع.
ويثق روبسون أن هذه التكنولوجيا ستعمل تجاريًا في نهاية المطاف. وتقول: “في الفترة القصيرة التي شاركت فيها في هذا المجال، رأيت أشياء كنت قد قرأت عنها كورقة نظرية يتم نشرها الآن بشكل تجريبي”، مضيفة أن هذا يوضح مدى ما تم تحقيقه في العقد الماضي.
وعلى وجه التحديد، تقول روبسون إنها سعيدة للغاية برؤية الاستثمار المستدام طويل الأجل القادم من حكومة المملكة المتحدة. الشركة التي تعمل بها، Universal Quantum، انبثقت من جامعة ساسكس وحصلت على منحة قدرها 7.5 مليون جنيه إسترليني كجزء من صندوق تحدي الإستراتيجية التابع لـ Innovate UK في عام 2021.
تضيف: “في المملكة المتحدة، لدينا برنامج وطني استثنائي لتقنيات الكم”، مشيرة إلى أنه يتم إحراز تقدم ليس فقط في أجهزة الحوسبة الكمومية، ولكن أيضًا في البرامج والأدوات. “أحد الأشياء المشجعة جدًا بالنسبة لي هو رؤية كيف ينمو النظام البيئي بوتيرة سريعة جنبًا إلى جنب مع التطورات في الأجهزة والنظرية.”
استمع للبودكاست مع لوسي روبسون هنا >>
رئيس تحرير يمني وصحفي محترف حاصل على درجة في الإعلام. عمل في عدة صحف ومواقع إخبارية وتدرّج من محرر إلى رئيس تحرير. يشرف على المحتوى الإخباري ويقود فريقًا صحفيًا مع الالتزام بالمصداقية والمهنية.
