تمكن باحثون صينيون من تطوير أسرع نموذج أولي لكمبيوتر كمي في العالم يحمل اسم Jiuzhang 4.0، في خطوة جديدة تعزز تقدم بكين في سباق الحوسبة الكمية العالمي، بعدما تمكن الجهاز من حل مسائل رياضية معقدة خلال زمن أقل من طرفة عين.
وبحسب الدراسة المنشورة في دورية “Nature”، فإن الكمبيوتر الكمي الجديد قادر على تنفيذ عمليات حسابية تحتاج أقوى أجهزة الكمبيوتر العملاقة الحالية إلى وقت يتجاوز عمر الكون لإنجازها، ما يمثل قفزة كبيرة في ما يعرف بالتفوق الكمي.
وتعتمد أجهزة الكمبيوتر الكمية على مبادئ ميكانيكا الكم، حيث تستخدم وحدات تعرف باسم “الكيوبت” يمكنها تمثيل القيمتين 0 و1 في الوقت نفسه، على عكس الحواسيب التقليدية التي تعمل وفق نظام ثنائي ثابت، بحسب تقرير نشره موقع “chinadaily”.
وتمنح هذه الخاصية الأجهزة الكمية قدرة هائلة على معالجة عدد ضخم من الاحتمالات بالتوازي، ما يرفع سرعتها بشكل غير مسبوق في بعض المهام المعقدة.
ويعتمد جهاز “Jiuzhang 4.0” على تقنية الفوتونات، أي جزيئات الضوء، لمعالجة البيانات. وتعد هذه التقنية واحدة من أبرز المسارات المستخدمة حالياً في تطوير الحوسبة الكمية، إلى جانب الأنظمة فائقة التوصيل والمصائد الأيونية والذرات المتعادلة.
لكن تطوير المعالجات الكمية الضوئية يواجه تحدياً رئيسياً يتمثل في فقدان الفوتونات أثناء انتقالها داخل الشبكات البصرية المعقدة، وهو ما يؤدي إلى أخطاء حسابية تقلل من كفاءة الأداء.
وللتغلب على هذه العقبة، طور الباحثون في جامعة العلوم والتكنولوجيا الصينية مصدراً ضوئياً عالي الكفاءة إلى جانب نظام تداخل هجين يجمع بين البعدين الزمني والمكاني، ما ساعد على تحسين استقرار المعالجة وتقليل الفقدان.
وتمكن الفريق من دمج 1024 حقلاً ضوئياً داخل دائرة هجينة تضم 8176 نمطاً، مع تحقيق كفاءة وصلت إلى 92% للمصدر الضوئي و51% لكفاءة النظام الكلية، وهي نتائج وصفها الباحثون بأنها اختراق مهم في مجال معالجة المعلومات الكمية الضوئية منخفضة الفقدان.
كما سمحت البنية الجديدة بزيادة الترابط بين الفوتونات عبر الزمان والمكان في الوقت نفسه، ما عزز قدرة الشبكة على إجراء العمليات الحسابية المعقدة دون الحاجة إلى توسيع ضخم في حجم الجهاز.
وبفضل هذه التطورات، نجح الكمبيوتر الكمي الجديد في معالجة واكتشاف ما يصل إلى 3050 فوتوناً، مقارنة بـ 255 فوتوناً فقط في الإصدار السابق “Jiuzhang 3.0” الذي تم الإعلان عنه عام 2023.
وأظهرت التجارب أن أكثر العينات الحسابية تعقيداً التي ينتجها الجهاز تحتاج إلى 25 ميكروثانية فقط، بينما يتطلب الكمبيوتر العملاق الأميركي “El Capitan” أكثر من 42 عاماً للوصول إلى النتيجة نفسها.
وكانت الصين قد أعلنت لأول مرة عام 2020 تطوير نموذج “Jiuzhang” الكمي المعتمد على 76 فوتوناً، لتصبح ثاني دولة تحقق ما يعرف بالتفوق الكمي، والأولى عالمياً التي تنجح في تحقيقه باستخدام نظام بصري.
وتضع الصين تقنيات الكم ضمن أولويات خطتها الخمسية الخامسة عشرة للفترة بين 2026 و2030، باعتبارها من الصناعات المستقبلية والمجالات الاستراتيجية، مع التركيز على تطوير أجهزة كمية قابلة للتوسع وأخرى قادرة على تحمل الأخطاء تمهيداً لاستخدامها تجارياً على نطاق واسع.