العلماء يحلون لغزًا كميًا “مستحيلًا” باستخدام جهاز كمبيوتر شخصي: ScienceAlert

الجهود المبذولة للتقدم الحوسبة الكمومية تعمل أيضًا على رفع مستوى الحوسبة الكلاسيكية – مما يوضح أن هذه الأعمال التقليدية لم يتم الانتهاء منها بعد.

لقد نجح نظام كمبيوتر كلاسيكي تم تعديله خصيصًا في حل مشكلة فيزيائية معقدة للغاية كان يُعتقد أنها مستحيلة بدون بقدر جهاز الكمبيوتر.

المشكلة هي محاكاة ما يسمى تدور النظارات، أ حالة المادة حيث يتم وضع مغناطيسات صغيرة على المستوى الذري بشكل عشوائي.

النظارات المغزلية هي أيضًا ذات طبيعة كمومية، فهي موجودة في حالة تراكب، مزيج ضبابي من التحالفات المحتملة.

في العام الماضي، الباحثون على غرار نظام الزجاج الكمي المغزلي باستخدام الحاسوب الكمي D-Wave Advantage2. كان هذا إنجازًا مثيرًا للإعجاب، ولا يمكن تحقيقه إلا عن طريق النظام الكمي، كما تم المطالبة به في ذلك الوقت.

الآن، حقق فريق من معهد فلاتيرون في الولايات المتحدة نتائج مماثلة من خلال إعداد كمبيوتر كلاسيكي، حيث كان الابتكار الرئيسي هو خوارزميات الضغط الجديدة التي تعالج جبل الرياضيات الضروري بطريقة أكثر كفاءة.

“إنه هذا الضغط القوي جدًا والذي يمكن أن يكون فعالًا جدًا، ولكنه كائن رياضي معقد جدًا” يقول الفيزيائي جوزيف تيندال.

“إن هذا حقًا يمثل حدودًا إلى حد ما، لأن العمل مع هذه الأشياء – خاصة في الأبعاد الثلاثية – أمر غير مدروس على الإطلاق.

“أنت بحاجة إلى رموز وخوارزميات معقدة للتعامل معها؛ إنه تحدي هندسة البرمجيات في حد ذاته.”

يبدو أن تيندال وفريقه في معهد فلاتيرون لديهم موهبة كبيرة في إيجاد طرق ذكية لتعزيز قدرة أجهزة الكمبيوتر الكلاسيكية. في عام 2024، هم توقعات محطمة ما كان يعتقد أن الحوسبة الكلاسيكية قادرة على تحقيقه – والآن يبدو أنهم فعلوا ذلك مرة أخرى.

جزء كبير من هذا التحدي الأخير هو أن النظارات الدوارة تظهر التشابك الكمي، حيث ترتبط المغناطيسات المضطربة في المادة ببعضها البعض بطرق متزايدة التعقيد. ومع تزايد حجم النظام، فإن مقدار معالجة الأرقام اللازمة لتتبعه يرتفع بشكل كبير.

إطار الحدود = “0” سماح = “مقياس التسارع؛ التشغيل التلقائي؛ الكتابة في الحافظة؛ الوسائط المشفرة؛ جيروسكوب؛ صورة داخل صورة؛ مشاركة الويب” Referrerpolicy=”strict-origin-when-cross-origin”allowfullscreen>

وكان الحل شبكات الموتر: طريقة للتركيز على الروابط الأكثر أهمية في النظام، والتي يمكن من خلالها معرفة كل شيء آخر. يقوم هذا الأسلوب بإزالة المعلومات الزائدة عن الحاجة، على غرار ملف مضغوط مضغوط على القرص الصلب.

تم دمج شبكات Tensor مع خوارزمية أقدم تُعرف باسم نشر الاعتقاد، الذي يستخرج المعلومات من المحاكاة. مثل شبكات الموترات، يعد نشر المعتقدات فعالاً بشكل لا يصدق، وهو فعال للغاية بحيث يمكن إجراء بعض الحسابات الأولية على جهاز كمبيوتر محمول عادي.

“إنها أكثر تقريبية قليلاً من بعض الطرق الأخرى، ولكنها أرخص بكثير، ويمكننا تشغيلها بشكل مباشر أكثر على الكثير من المشكلات الأصعب.” يقول الفيزيائي مايلز ستودنماير.

في حين أن الأشكال الهندسية الأكبر للزجاج المغزلي التي صممها الباحثون تتطلب مجموعة شرائح وبطاقة رسوميات باهظة الثمن وعالية المستوى، بدلاً من جهاز كمبيوتر محمول جاهز للاستخدام، إلا أنهم ما زالوا يستخدمون جهاز كمبيوتر كان كلاسيكية جدًا بالمعنى التقليدي.

وأظهرت عمليات المحاكاة التي أجراها الفريق نتائج جيدة مثل أو حتى أفضل من تلك التي حققها الكمبيوتر الكمي، لأنظمة الزجاج المغزلي ذات الهياكل الشبكية الأسطوانية والماسية والمكعبة.

يمكن بالتأكيد اعتبار هذا بمثابة نجاح للحوسبة الكلاسيكية – مع تطبيق بعض الرياضيات الإضافية الذكية – لكنه لا يمثل خسارة الحوسبة الكمومية.

فهم المجالات التي أجهزة الكمبيوتر الكمومية إن امتلاك (ولا تملك) مزايا مقارنة بالأجهزة الحالية سيساعد في تركيز الأبحاث المستقبلية.

كما يوضح كيف أنظمة الكمبيوتر الكلاسيكية يمكن أن تكون بمثابة فحوصات ودعم لأجهزة الكمبيوتر الكمومية.

متعلق ب: الساعات الذرية يمكن أن تكشف عن الطبيعة الكمومية الخفية للوقت نفسه

لا تزال هناك العديد من الأسئلة حول الحوسبة الكمومية وقدراتها المحتملة، وستساعد مثل هذه الدراسات الباحثين على الوصول إلى الإجابات بسرعة أكبر.

“الجانب الجيد في الجدل الدائر حول الحوسبة الكلاسيكية مقابل الحوسبة الكمومية هو أن هناك الكثير من التآزر بين نوع المحاكاة التي نهتم بها والرموز التي نكتبها وما يمكن تحقيقه على أجهزة الكمبيوتر الكمومية هذه.” يقول تيندال.

“يمكن أن يساعد ذلك في إرشادنا، ويمكن أن يساعد أيضًا في توجيه الباحثين في مجال الحوسبة الكمومية، لأنه من الواضح أن حاجز الدخول بالنسبة لنا لمحاكاة أشياء معينة أسهل بكثير من حاجزهم، لأننا لسنا مضطرين إلى بناء حاسوب كمي.”

وقد تم نشر البحث في علوم.