الكم القائم على الضوء: المستقبل المشرق للحوسبة الكمومية

• كاتب:
• اسم المؤلف

  البصيرة الكمومية
• 26 فبراير 2024

ملخص البصيرة

تشير التطورات الأخيرة في الحوسبة الكمومية القائمة على الضوء إلى حدوث تحول في التكنولوجيا الحاسوبية، والانتقال من الأساليب التقليدية إلى استخدام جزيئات الضوء للمعالجة. يعد هذا التحول بحل المشكلات بشكل أكثر كفاءة وأسرع في مختلف المجالات وإمكانية تحقيق فوائد بيئية بسبب انخفاض احتياجات الطاقة. وتثير هذه التطورات أيضًا أسئلة مهمة حول أمن البيانات، وتطور سوق العمل، والقدرة التنافسية التكنولوجية العالمية.

السياق الكمي القائم على الضوء

لقد تم الكشف عن العديد من التطورات في الحوسبة الكمومية القائمة على الضوء. تستخدم الحوسبة الكمومية القائمة على الضوء، أو الحوسبة الكمومية الضوئية، الفوتونات (جسيمات الضوء) لإجراء العمليات الحسابية. وفي المقابل، تستخدم الحوسبة التقليدية الدوائر الكهربائية والبتات. في يونيو 2023، اكتشف باحثون من معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا أن جسيمات البيروفسكايت النانوية من هاليد الرصاص يمكن أن تنتج تدفقًا ثابتًا للفوتونات. ولا تعتبر هذه المواد واعدة للألواح الشمسية المستقبلية فقط بسبب خفة وزنها وسهولة إنتاجها، ولكنها تتميز أيضًا بإمكانياتها في التقنيات المتقدمة لأنه يمكن تصنيعها وتطبيقها بسهولة على الأسطح مثل الزجاج.

ثم، في أكتوبر/تشرين الأول 2023، حقق العلماء الصينيون اختراقًا باستخدام الكمبيوتر الكمي الجديد القائم على الضوء، Jiuzhang 3.0، والذي سجل رقمًا قياسيًا عالميًا جديدًا من خلال الكشف عن 255 فوتونًا، وهو ما يفوق بكثير 2.0 فوتونًا لسابقه Jiuzhang 113. يسمح هذا التقدم لـ Jiuzhang 3.0 بأداء أسرع بمليون مرة من Jiuzhang 2.0 في حل مشكلات أخذ عينات البوزون الغاوسي، وهو نموذج رياضي معقد يستخدم في الحوسبة الكمومية. ومن اللافت للنظر أن Jiuzhang 3.0 يمكنه معالجة عينات عينات البوزون الغاوسي الأكثر تعقيدًا في ميكروثانية واحدة فقط، وهي مهمة سيحتاج أسرع كمبيوتر عملاق في العالم، Frontier، إلى أكثر من 20 مليار سنة لإكمالها. 

أخيرًا، في يناير 2024، أعلن العلماء اليابانيون عن تقدم كبير في القضاء على الحاجة إلى درجات الحرارة المنخفضة للغاية التي تتطلبها الآلات الكمومية الحالية القائمة على الضوء. يتضمن اختراقهم مصدرًا عالي الأداء "للضوء المضغوط" لنقل المعلومات لبناء كمبيوتر كمي قوي بحلول عام 2030. يوفر هذا التطور مزايا محتملة للتوسع وكفاءة الطاقة مقارنة بالطرق الأخرى مثل أجهزة الكمبيوتر الكمومية فائقة التوصيل والقائمة على السيليكون.

التأثير التخريبي

من المتوقع أن تؤدي التطورات في الحوسبة الكمومية القائمة على الضوء إلى تحسين الكفاءة والسرعة الحسابية بشكل كبير. إن قدرة هذه التقنية على العمل في درجة حرارة الغرفة تقلل من الحاجة إلى أنظمة تبريد معقدة، مما يجعلها أكثر صداقة للبيئة وأكثر فعالية من حيث التكلفة. ومن الممكن أن تشجع الكفاءة المتزايدة وانخفاض تكاليف التشغيل على تبني تقنيات الحوسبة الكمومية على نطاق أوسع عبر مختلف القطاعات، وتسريع البحث والتطوير في مجال الذكاء الاصطناعي، وعلوم المواد، والتشفير.

قد يؤدي تطوير الحوسبة الكمومية القائمة على الضوء أيضًا إلى وصول أسرع وبأسعار معقولة إلى الموارد الحسابية المتقدمة. يمكن أن يؤدي هذا التحول إلى تعزيز الأمن الشخصي من خلال أساليب تشفير أكثر تطوراً لحماية البيانات. وفي مجال التعليم، قد توفر هذه التطورات للطلاب والباحثين أدوات جديدة للتعلم والاكتشاف. بالإضافة إلى ذلك، مع نضوج هذه التكنولوجيا، يمكنها خلق فرص عمل جديدة ومسارات وظيفية في الحوسبة الكمومية والصناعات ذات الصلة.

ومن المرجح أن تنظر الحكومات إلى هذه التطورات باعتبارها فرصة لتعزيز القدرات الوطنية في مجال العلوم والتكنولوجيا. ومن الممكن أن تعمل الاستثمارات في الحوسبة الكمومية القائمة على الضوء على تعزيز الميزة التنافسية لأي بلد في الصناعات والأبحاث ذات التقنية العالية. قد تتطلب هذه التكنولوجيا أيضًا تحديثات في الأطر التنظيمية، خاصة فيما يتعلق بأمن البيانات، لمواجهة التحديات الجديدة التي تفرضها القدرات الحسابية المتقدمة. علاوة على ذلك، قد تحتاج الحكومات إلى تعزيز الشراكات بين الأوساط الأكاديمية والصناعة والمؤسسات البحثية للاستفادة الكاملة من إمكانات الحوسبة الكمومية القائمة على الضوء.

الآثار المترتبة على الكم القائم على الضوء

قد تشمل الآثار الأوسع للكم القائم على الضوء ما يلي: 

• تعزيز القدرات الحسابية في قطاعات البحث، مما يؤدي إلى نمذجة المناخ ونتائج أبحاث الأمراض بشكل أسرع وأكثر دقة.
• تسريع اكتشاف وتطوير مواد وأدوية جديدة، مما يقلل الوقت والتكلفة لطرحها في الأسواق.
• زيادة الطلب على أساليب التشفير المقاومة للكم، مما يؤدي إلى زيادة في استثمارات الأمن السيبراني والابتكار في تقنيات حماية البيانات.
• التحولات في التركيز التعليمي نحو الحوسبة الكمومية والمجالات ذات الصلة، وخلق فرص تعليمية جديدة ومسارات وظيفية في التقنيات الناشئة.
• تستثمر الحكومات في البنية التحتية للحوسبة الكمومية والتعليم، بهدف اكتساب ميزة تنافسية في الريادة التكنولوجية العالمية.
• التغيرات في الديناميكيات الجيوسياسية، حيث تتنافس الدول على الهيمنة على قدرات الحوسبة الكمومية، مما قد يؤدي إلى تحالفات وتنافسات جديدة.
• إضفاء الطابع الديمقراطي على الموارد الحسابية عالية المستوى، وتمكين الشركات الصغيرة والمؤسسات البحثية من التنافس مع الكيانات الأكبر.
• زيادة الأساليب الحسابية الموفرة للطاقة والصديقة للبيئة، مما يساهم في تقليل آثار الكربون في صناعة التكنولوجيا.
• تحويل نماذج الأعمال في قطاعات مثل التمويل والخدمات اللوجستية بسبب التحسين المتقدم وقدرات النمذجة التنبؤية.
• التحديات القانونية والأخلاقية الناشئة عن القدرات الحسابية المتقدمة، والتي تتطلب لوائح وهياكل حوكمة جديدة.

أسئلة للنظر فيها

• كيف يمكن لدمج الحوسبة الكمومية القائمة على الضوء في مختلف الصناعات أن يعيد تشكيل سوق العمل؟
• ما هي الطرق التي يمكن أن يؤثر بها تقدم الحوسبة الكمومية على أمن البيانات العالمي؟