أعلن فريق من باحثي شركة D-Wave، المتخصصة في صناعة الحواسيب الكمومية، أنهم توصلوا إلى استخدام أحدث معالجاتهم الكمومية لتشغيل محاكاة لمسألة عملية مفيدة أسرع بكثير من أجهزة الكمبيوتر التقليدية، محققين ما يعرف بالتفوق الكمومي.

أجرى الكمبيوتر الكمومي (Advantage2) محاكاة لمسألة زجاج الدوران خلال 20 دقيقة، وبدقة كبيرة قد تستغرق قرابة مليون عام باستخدام كمبيوتر فائق مجهز بوحدات معالجة الرسومات (GPU) تعمل بالتوازي، كما أنه استهلك فقط 12 كيلوواط من الطاقة في حين يتطلب الكمبيوتر الفائق لحلها كل ما يستهلكه العالم من الطاقة خلال عام حسب ما تقول الشركة.

وتبرز أهمية هذه المحاكاة لأنها حققت التفوق الكمومي مع مسألة لها تطبيق عملي، بخلاف الأنظمة الكمومية السابقة التي كانت تتفوق على الكمبيوترات التقليدية لكن عند تطبيقها على مسائل ليس لها تطبيق عملي، وليست أعقد من توليد عشوائي للعينات.

ومسألة زجاج الدوران (spin glass) يتم فيها وضع مجموعة من الجسيمات الممغنطة التي تسمى دوارات (spins) بشكل عشوائي، فتتفاعل هذه الجسيمات مع بعضها بطرق يكون حسابها معقداً جداً، و تتجاذب وتتنافر حتى تصبح في وضع مستقر أو في حالة منخفضة الطاقة، فمحاكاة التفاعلات التي تتم في الواقع باستخدام الكمبيوترات التقليدية أمر غاية في التعقيد ويزداد تعقيداً كلما زاد عدد الدوارات .

لكن باستخدام الكمبيوترات الكمومية يمكن تنفيذ محاكاة بسرعة كبيرة، فبفضل خاصية التراكب الكمومي تقوم باستكشاف العديد من الترتيبات الممكنة للدوارات في وقت واحد، بدلاً من استكشاف تركيب في كل مرة في الحوسبة التقليدية، كما تستخدم تقنية تسمى النفق الكمومي للهروب من الحلول غير المثالية والعثور بسرعة على الترتيب الأكثر استقراراً للدوارات، وبالتالي الوصول لحل المسألة.

قامت D-Wave ببناء نموذج أولي لكمبيوتر كمومي مخصص لحل هذه المسألة (Advantage2) يُعرف بجهاز التلدين الكمومي، لأنه يتم تصميمه لحل مسائل التلدين الكمومية وهي مسائل البحث عن الحل الأمثل من بين عدد هائل من الحلول كما هو حال مسألة زجاج الدوران.

وقد ساعد حل مثل هذه المسألة في الماضي في تصميم معادن جديدة ودراسة التفاعل بين الذرات، وهو ما يعني، بحسب الفريق، أن عملهم له أهمية عملية تطبيقية.

يفتح هذا الاكتشاف، الذي تم نشره في مجلة ساينس، الطريق أمام تطبيقات كثيرة في العديد من المجالات. ففي تصميم المواد، يمكن فهم التفاعلات بين الذرات للتوصل لمواد ذات خواص معينة مستقرة. وفي الطب، يمكن أن تساعد على تسريع اكتشاف أدوية جديدة من خلال محاكاة سلوك الجزيئات المعقدة بسرعة. كما يمكن استخدامها في العديد من مسائل الأمثلة الأخرى مثل إيجاد البارامترات المناسبة في التعلم العميق، وتحسين سلاسل التوريد وغيرها.