حقق فريق من الباحثين من JPMorgan Chase وQuantinuum ومختبر Argonne الوطني ومختبر Oak Ridge الوطني وجامعة تكساس في أوستن تقدمًا كبيرًا في مجال الحوسبة الكمومية. وفي ورقة بحثية جديدة نُشرت في مجلة Nature، وصفوا كيف استخدموا حاسوبًا كميًا بسعة 56 كيوبت لتوليد أرقام عشوائية ثم استخدموا حواسيب عملاقة كلاسيكية قوية لإثبات أن الأرقام كانت عشوائية حقًا.
ومن الممكن أن يكون لهذا الإنجاز، المعروف باسم "العشوائية المعتمدة"، تطبيقات في مجالات مثل التشفير والخصوصية والعدالة.
العشوائية المعتمدة تعني أن الأرقام ليست فقط غير قابلة للتنبؤ، ولكنها أيضًا تم إنشاؤها حديثًا وتم التحقق منها رياضيًا. لا تستطيع أجهزة الكمبيوتر التقليدية القيام بذلك بمفردها. غالبًا ما يعتمدون على مولدات الأرقام العشوائية للأجهزة، والتي يمكن التلاعب بها بسهولة. ولكن مع هذه الطريقة الجديدة، حتى لو حاول شخص ما التدخل في جهاز كمبيوتر كمي، فلن يتمكن من تزييف العشوائية واجتياز الشهادة.
تم اقتراح الفكرة وراء البروتوكول في الأصل من قبل سكوت آرونسون، أستاذ علوم الكمبيوتر في جامعة تكساس في أوستن. وتعاون مع باحث ما بعد الدكتوراه السابق شيه هانغ هونغ لتقديم الدعم للفريق التجريبي. قال آرونسون: "عندما اقترحت بروتوكول العشوائية المعتمد لأول مرة في عام 2018، لم يكن لدي أي فكرة عن المدة التي سيتعين علينا انتظارها لرؤية عرض تجريبي لها". "إن البناء على البروتوكول الأصلي وتنفيذه هو الخطوة الأولى نحو استخدام أجهزة الكمبيوتر الكمومية لإنشاء بتات عشوائية معتمدة لتطبيقات التشفير العملية."
ولإجراء تجاربهم، تمكن الفريق من الوصول إلى نموذج نظام كوانتينوم، وهو الكمبيوتر الكمي H2-1، عبر الإنترنت. لقد استخدموا طريقة تسمى أخذ عينات الدوائر العشوائية (RCS)، والتي يصعب للغاية محاكاتها على أجهزة الكمبيوتر التقليدية. وتنقسم العملية بشكل رئيسي إلى خطوتين. أولاً، أرسل الباحثون إلى الكمبيوتر الكمي سلسلة من دوائر التحدي التي تم إنشاؤها من مجموعة صغيرة من البذور العشوائية. يجب أن تجيب أجهزة الكمبيوتر الكمومية على هذه التحديات عن طريق اختيار واحد عشوائيًا من بين العديد من الإجابات المحتملة. ثم، في خطوة ثانية، يقوم حاسوب عملاق تقليدي بفحص النتائج للتأكد من صحة العشوائية.
استخدم الفريق العديد من أجهزة الكمبيوتر العملاقة ذات الأداء الإجمالي 1.1 × 10¹⁸ عمليات الفاصلة العائمة في الثانية (1.1 ExaFLOPS)، مما يدل على 71313 بت من الإنتروبيا. وهذا يعني أنهم أثبتوا أن هذه البتات العشوائية لا يمكن توليدها بالطرق الكلاسيكية، على الأقل ليس في ظل ظروف وافتراضات واقعية.
وقال ماركو بيستويا، الرئيس العالمي لأبحاث التكنولوجيا التطبيقية في جي بي مورغان: "يمثل هذا العمل علامة فارقة مهمة في الحوسبة الكمومية، حيث يعرض حلولاً لتحديات العالم الحقيقي باستخدام أجهزة الكمبيوتر الكمومية التي تتجاوز قدرات أجهزة الكمبيوتر العملاقة التقليدية اليوم".
قامت شركة Quantinuum بترقية نظام H2 الخاص بها إلى 56 كيوبت في يونيو 2024. وبفضل دقته العالية وقدرته على ربط أي كيوبت، فإن أداء RCS للنظام يتجاوز بكثير أداء الأجهزة السابقة. هذه الترقية، بالإضافة إلى اتفاقية آرونسون، جعلت هذا الاختراق ممكنًا.
وقال الدكتور رجيب حضرة، الرئيس والمدير التنفيذي لشركة كوانتينوم: "نحتفل اليوم بإنجاز رئيسي يضع الحوسبة الكمومية بقوة في عالم التطبيقات العملية".
وقال ترافيس هامبل، مدير برنامج مستخدم الحوسبة الكمومية في مختبر أوك ريدج الوطني: "إن إنجازات الحوسبة الكمومية أصبحت ممكنة بفضل مرافق الحوسبة الرائدة عالميًا التابعة لوزارة الطاقة الأمريكية في مختبر أوك ريدج الوطني ومختبر أرجون الوطني ومختبر لورانس بيركلي الوطني".
في حين أثبتت أجهزة الكمبيوتر الكمومية أنها قادرة على التفوق نظريًا على أجهزة الكمبيوتر الكلاسيكية، إلا أن ترجمة هذه القدرة إلى تطبيقات عملية كانت تحديًا. توضح هذه التجربة أن أجهزة الكمبيوتر الكمومية يمكنها الآن تمكين بعض التطبيقات العملية التي لا مثيل لها ببساطة من قبل أجهزة الكمبيوتر التقليدية.
المصدر: جامعة تكساس، نيتشر