أخبار ar.wedoany.com، طور باحثون من مختبر بروكهيفن الوطني التابع لوزارة الطاقة الأمريكية، وجامعة نورث إيسترن، وجوجل كوانتوم للذكاء الاصطناعي، وجامعة تكساس في أوستن، بالتعاون معًا خوارزمية كمومية تُعرف باسم التحويل الهرميتي الكمومي، والتي تتجاوز القيود الحالية على عدد العمليات المحدودة التي يمكن للحواسيب الكمومية تنفيذها، مما يجعل أداءها يتفوق على الأنظمة التقليدية. يُستخدم التحويل الهرميتي على نطاق واسع في مجالي الهندسة والفيزياء لوصف مستويات الطاقة للمذبذب التوافقي الكمومي، وهو أيضًا أساس الأنظمة الغاوسية الشائعة في التعلم الآلي وعلوم البيانات، مما يشير إلى آفاق تطبيقية واسعة لهذه القدرة الجديدة. صرح نينغ باو، الأستاذ المساعد في جامعة نورث إيسترن والذي يشغل أيضًا منصبًا في مكتب الحوسبة وعلوم البيانات بمختبر بروكهيفن الوطني، بأن التحويل الهرميتي الكمومي هو خوارزمية كمومية تُحقق التحويل الهرميتي على الحالات الكمومية، وقد تم إطلاق هذا المشروع بتمويل من وزارة الطاقة الأمريكية.
لا يزال تطوير الخوارزميات الكمومية المفيدة حقًا عقبة رئيسية أمام تحقيق وعود الحوسبة الكمومية، حيث يفتقر هذا المجال حاليًا إلى عدد كافٍ من العمليات الموحدة لتوفير ميزة كمومية. لا يقتصر هذا الابتكار على محاكاة كمومية لأداة رياضية تقليدية فحسب، بل هو أيضًا أولية جديدة مختلفة هيكليًا، ومن المتوقع أن توسع نطاق تطبيقات الحوسبة الكمومية في مجالات مثل الذكاء الاصطناعي. تغلب فريق البحث على مشكلة انخفاض كفاءة تنفيذ هذه التحويلات على الحواسيب الكمومية في السابق من خلال تصميم دائرة كمومية ذات تكلفة لوغاريتمية، وهو تحسين كبير حتى بالنسبة للحالات الكمومية الكبيرة. تستخدم هذه الدائرة تقريبًا دقيقًا للدوال الهرميتية وتقنية خاصة بالمذبذب التوافقي، مما يمكّن الحاسوب الكمومي من حساب الحالات المستقبلية بسرعة. وبالاقتران مع طرق جديدة لتكوين الكيوبتات، يصبح التحويل الهرميتي الكمومي أولية كمومية عملية ودقيقة. أوضح باو أن التقدم السريع في النظام الكمومي يعني حسابه المباشر لحالته في لحظة زمنية محددة، وإذا استمر التطور الزمني لفترة طويلة، فإن ذلك يمكن أن يقلل بشكل كبير من الوقت اللازم لتحضير الحالة الكمومية. شدد باو على أن أهمية هذا العمل تكمن في أن الحوسبة الكمومية تفتقر حاليًا إلى مكتبة كافية من الأوليات الخوارزمية الأساسية، والتي تعتبر ضرورية للخوارزميات الأكثر تعقيدًا.
يعالج تطوير التحويل الهرميتي الكمومي عنق الزجاجة الرئيسي المتمثل في محدودية عدد الخوارزميات الأساسية المتاحة في الحوسبة الكمومية. تعتمد الأساليب الحالية عادةً على متغيرات من تقنيات راسخة مثل تحويل فورييه الكمومي، مما يحد من نطاق الميزة الكمومية، بينما يوفر التحويل الهرميتي الكمومي نهجًا مختلفًا هيكليًا، لديه القدرة على فتح مسارات حسابية جديدة. تستطيع هذه الخوارزمية الجديدة نقل العمليات الرياضية المستخدمة في مجالات مثل الفيزياء والتعلم الآلي إلى الأجهزة الكمومية بكفاءة. يكمن ابتكارها الرئيسي في القدرة على تنفيذ التحويل بتكلفة لوغاريتمية، مما يعني أن خطوات الحساب المطلوبة تتناسب لوغاريتميًا مع حجم المشكلة، وليس خطيًا، مما يحقق تسارعًا أسيًا للحالات الكمومية الكبيرة. قدم فريق البحث أيضًا تقنية تمكن الحاسوب الكمومي من حساب الحالة المستقبلية للنظام مباشرة، متجاوزًا المحاكاة الطويلة. يؤدي الجمع بين التحويل الهرميتي الكمومي والطرق الجديدة للتكوين الصحيح الأولي للكيوبتات إلى إنشاء أولية عملية وعالية الدقة، قادرة على تحليل البيانات وتمثيلها بطرق جديدة. قال باو إن الحواسيب الكمومية قوية، ولكن بدون الخوارزميات الكمومية، فإن نطاق تطبيق هذه القوة محدود للغاية. ينبع تطوير التحويل الهرميتي الكمومي من مشروع ممول من وزارة الطاقة الأمريكية، مما يسلط الضوء على أهمية الاستثمار المستمر في توسيع أساس الخوارزميات الكمومية وتوسيع تأثيرها المحتمل في التخصصات العلمية. تتعزز هذه الكفاءة بشكل أكبر من خلال قدرة التحويل الهرميتي الكمومي على الأنظمة الكمومية، حيث يمكنه حساب الحالة المستقبلية للنظام مباشرة، مما يقلل بشكل كبير من وقت التحضير.
