تعمل أجهزة الكمبيوتر الكمومية اليوم كآلات معزولة، كل منها يعمل داخل بيئة مغلقة مع عدم وجود وسيلة للارتباط بنظام آخر مثل الأجهزة الكلاسيكية عبر الإنترنت. تريد IBM وCisco تغيير ذلك. ووضعت الشركتان خطة طويلة المدى لربط أجهزة الكمبيوتر الكمومية عبر مسافات طويلة، على أمل إثبات أن الفكرة قابلة للتطبيق قبل نهاية عام 2030.
تتشارك أجهزة الكمبيوتر الكلاسيكية المعلومات بسهولة عبر الشبكات العالمية، ولكن لا يوجد حتى الآن أساس مماثل للأجهزة الكمومية. يعد بناء شبكة لهم أكثر تعقيدًا بكثير، حيث يتطلب أجهزة وبرامج وأبحاثًا، وتقول الشركتان إن هناك حاجة إلى الجامعات والمختبرات الفيدرالية لدفع العمل إلى الأمام.
وقالت الشركة إن الخطة طويلة المدى “يمكن أن تضع الأساس لإنترنت الحوسبة الكمومية في المستقبل”. إن الشراكة مع Cisco ليست جديدة؛ تعمل الشركتان معًا منذ عام 1999، وتتمتع شركة Cisco بخبرة عميقة في أبحاث الشبكات.
لماذا يهم الشبكة
تعد أجهزة الكمبيوتر الكمومية بحل المشكلات في مجالات مثل الكيمياء والفيزياء والأمن، وهي مهام قد تستغرق الأنظمة الكلاسيكية آلاف السنين. لكن أجهزة الكمبيوتر الكمومية لا تزال آلات في مرحلة مبكرة، وغالبًا ما تنتج أخطاء. وتتسابق شركات آي بي إم، وجوجل، وغيرها من الشركات لبناء أنظمة قادرة على العمل بشكل موثوق. وتأمل شركة IBM أن يكون لديها جهاز يعمل بكامل طاقته ويصحح الأخطاء بحلول عام 2029.
وتدعو الخطة المشتركة إلى إنشاء شبكة كمومية لإثبات المفهوم في السنوات الثلاث إلى الخمس المقبلة. بعد ذلك، يرغب الشركاء في بناء تقنيات يمكنها توصيل المزيد من الأجهزة عبر مسافات أطول حتى أوائل ثلاثينيات القرن الحالي. ويرتبط هذا العمل بخريطة الطريق الكمومية الأوسع لشركة IBM، والتي تحدد خطوات نحو أنظمة أكثر قدرة.
وقالت شركة IBM إن هذا النوع من الشبكات يمكن أن يدعم يومًا ما المشكلات “التي تتطلب ما يصل إلى تريليونات من العمليات الكمية – مما يسمح للصناعات بمتابعة مهام مثل تحديات التحسين الهائلة أو تصميم أدوية ومواد جديدة”.
تحويل الكيوبتات الثابتة إلى كيوبتات “طائرة”.
لدى شركة سيسكو مختبر يدرس كيفية ربط الآلات الكمومية، لكن العمل يبدأ بمسألة أساسية: أجهزة الكمبيوتر الكمومية من شركة IBM موجودة داخل أنظمة تبريد كبيرة، يتم تبريدها إلى درجات حرارة لا تتحرك فيها الذرات إلا بالكاد. يتم تخزين المعلومات الموجودة بداخلها في كيوبتات ثابتة. ولربط هذه الأجهزة عبر شبكة، يجب تحويل تلك المعلومات إلى كيوبتات “طائرة”. ووصف جاي غامبيتا، مدير أبحاث IBM وزميل IBM، هذه الكيوبتات بأنها كيوبتات تتحرك عبر الفضاء بدلاً من أن تبقى ساكنة.
إثبات المفهوم هو فقط الخطوة الأولى. تحتاج الشركات بعد ذلك إلى إظهار قدرتها على توسيع نطاق النظام إلى ما هو أبعد من ربط جهازين. الهدف هو ربط العديد من أجهزة الكمبيوتر الكمومية الموجودة في أماكن مختلفة وتمديد تلك الاتصالات عبر مسافات أطول بكثير. وقالت شركة سيسكو إن القيام بذلك سيتطلب محولات طاقة ضوئية تعمل بالموجات الدقيقة وتقنيات الفوتون الضوئي.
بناء الأجهزة والبرامج اللازمة
يحتاج المشروع أيضًا إلى نوع جديد من الواجهة لأجهزة الكمبيوتر الكمومية. تقوم شركة IBM ببناء وحدة شبكات كمومية، تسمى QNU، والتي ستكون بمثابة حلقة الوصل بين المعالجات الكمومية، أو QPUs. يجب على الوحدة تحويل المعلومات الكمومية الثابتة إلى معلومات كمومية طائرة يمكن إرسالها إلى أجهزة أخرى.
ومن ناحية البرمجيات، تعمل شركة Cisco على تطوير إطار عمل عالي السرعة يمكنه إعادة تكوين الشبكة أثناء تشغيل العمليات الحسابية. تتمثل الفكرة في توصيل التشابكات إلى وحدات QNU بمجرد انتهاء كل آلة من الجزء الخاص بها من العملية الحسابية، مما يسمح للشبكة بتمرير المعلومات الكمومية بين الأنظمة دون كسر العملية.
وتدرس الشركتان أيضًا كيفية عمل “جسر الشبكة”. سيستخدم الجسر العديد من عقد شبكة Cisco الكمومية التي يمكنها توصيل المئات من وحدات IBM QPUs من خلال واجهة QNU. الهدف الأولي هو العمل داخل مركز بيانات واحد. لنقل المعلومات الكمومية بين المواقع البعيدة، يجب تحويل البتات الكمومية الميكروية إلى إشارات ضوئية يمكنها الانتقال عبر كابلات الألياف الضوئية عبر المفاتيح. الجهاز الذي يتيح ذلك هو محول الطاقة الضوئي بالموجات الدقيقة، لكن التكنولوجيا غير موجودة بالجودة أو النطاق المطلوب، لذلك ستعمل آي بي إم وسيسكو مع مجموعات بحثية، بما في ذلك مركز المواد والأنظمة الكمومية فائقة التوصيل في مختبر فيرمي الوطني للتسريع بالقرب من شيكاغو.
ومع تقدم المشروع، تخطط الشركات لنشر برمجيات مفتوحة المصدر تربط الأجزاء معًا وتسمح للباحثين بالبناء على عملهم.
رؤية مشتركة لنظام الكم الكامل
قال فيجوي باندي، النائب الأول لرئيس حاضنة الابتكار Outshift التابعة لشركة Cisco: “إننا ننظر إلى هذا النظام الشامل كنظام… وليس كخريطتي طريق منفصلتين”. “نحن نحلها بشكل مشترك، الأمر الذي لديه فرصة أفضل بكثير لسير هذا الأمر في نفس الاتجاه.”
وأضاف: “تقوم شركة IBM ببناء أجهزة كمبيوتر كمومية مع خرائط طريق قوية لتوسيع نطاقها، ونحن نقدم شبكات كمومية تتيح التوسع. معًا، نعمل على حل هذه المشكلة كمشكلة نظام كاملة بما في ذلك الأجهزة اللازمة لتوصيل أجهزة الكمبيوتر الكمومية، والبرمجيات لتشغيل الحسابات فيها، وذكاء الشبكات الذي يجعلها تعمل “.
إذا تم دمج هذه البنية معًا، فيمكن لأجهزة الكمبيوتر الكمومية من شركة IBM في يوم من الأيام التعامل مع أعباء عمل كبيرة جدًا بحيث لا يمكن لجميع أجهزة الكمبيوتر الكلاسيكية في العالم التي تعمل معًا أن تتطابق. وتعتقد شركة IBM أن الشبكة يمكن أن تدعم أوقات التشغيل بتريليونات من البوابات الكمومية، وهي العمليات الأساسية التي تجعل التطبيقات الكمومية ممكنة. ومن الممكن أن يفتح هذا النطاق الباب أمام طرق جديدة لتصميم الأدوية، أو المواد، أو غيرها من الأنظمة المتقدمة.
لا تزال هناك شكوك كبيرة. تعترف الشركات بأن الخطة تعتمد على سلسلة من الإنجازات التي قد تصل أو لا تصل في الموعد المحدد. لكنهم يعتقدون أن شبكة الإنترنت الكمومية الواسعة المكونة من آلاف الأنظمة الموزعة أمر ممكن بحلول أواخر ثلاثينيات القرن الحالي. يمكن لشبكة بهذا الحجم أن تمكن الاستشعار الكمي، والاتصالات الكمومية، وغيرها من الأدوات التي تشارك المعلومات على مسافات عالمية.
وترى شركة IBM أيضًا استخدامات عملية محتملة. على سبيل المثال، يمكن لشبكات الاستشعار الكمومية أن تلتقط تحولات صغيرة في المناخ أو الطقس لا تلحظها الأدوات التقليدية. لكن لا شيء من هذا يمكن أن يحدث حتى يتم تحسين أجهزة الكمبيوتر الكمومية المزعجة والمعرضة للخطأ.
السباق نحو الآلات الكمومية المتسامحة مع الأخطاء
لقد كانت شركة IBM منفتحة بشأن هدفها المتمثل في إنشاء نظام خطأمتسامح الآلة: ليست آلة لا تواجه الأخطاء أبدًا، ولكنها آلة تستمر في العمل حتى عند حدوث الأخطاء. في الشهر الماضي، أظهر العلماء أن بإمكانهم تشغيل خوارزمية تصحيح الأخطاء الكمومية على أجهزة AMD الكلاسيكية. هذا هو نوع العمل الذي يساعد الباحثين على فهم كيفية إدارة الأخطاء حتى تصبح الأنظمة الكمومية قوية بما يكفي للتعامل معها بمفردها.
لطالما كانت أجهزة الكمبيوتر الكلاسيكية متسامحة مع الأخطاء لأنها تتبع أنماط التصميم التي تسمح لها بالاستمرار في العمل حتى عندما يحدث خطأ ما، لكن أجهزة الكمبيوتر الكمومية أكثر حساسية بكثير. إن الكيوبتات الخاصة بها حساسة للتدخل الخارجي، مما يجعلها عرضة للأخطاء. الهدف ليس بناء آلة خالية من العيوب، بل بناء آلة يمكنها الاستمرار في العمل على الرغم من الاضطرابات في بيئة التشغيل.
غالبًا ما تحصل الشركات الكمومية المتخصصة على الأضواء، لكن شركة IBM شاركت في هذا المجال منذ عقود. وهي تدير حاليًا أكبر أسطول من أجهزة الكمبيوتر الكمومية في العالم، ولديها أكثر من 25 نظامًا بأكثر من 100 كيوبت منطقية. ويتمثل هدفها على المدى الطويل في جمعهم معًا في شبكة يمكن أن تدعم يومًا ما عمليات حسابية بعيدة عن متناول أدوات اليوم.
(تصوير جي جي ينج)
هل تريد اكتشاف كيف تقوم إنترنت الأشياء بتحويل الاتصالات والاتصال؟ انضم إلى معرض IoT Tech Expo في أمستردام وكاليفورنيا ولندن. اكتشف كيف تعمل الابتكارات في مجال 5G وحوسبة الحافة وإنترنت الأشياء على تشكيل مستقبل الشبكات والخدمات. يعد هذا الحدث جزءًا من TechEx ويقام في مكان مشترك مع مؤتمرات تقنية رائدة أخرى. انقر هنا لمزيد من المعلومات.
أخبار الاتصالات مدعوم من TechForge Media. استكشف الأحداث والندوات عبر الإنترنت القادمة الأخرى المتعلقة بتكنولوجيا المؤسسات هنا.
