يمثل كشف شركة IBM عن حاسوبين كموميين جديدين، إلى جانب خطط الدنمارك لتطوير «أقوى حاسوب كمومي تجاري في العالم»، اثنين من أحدث التطورات التي تعكس الانتقال المتسارع للتكنولوجيا الكمومية من إنجازات تجريبية إلى تطبيقات عملية.
وتتزايد الآمال في قدرة التكنولوجيا الكمومية على حل مشكلات تعجز الأنظمة الحالية عن التعامل معها أو لا تستطيع حتى البدء في حلها، بما قد يترك آثارًا واسعة على الصناعة والأمن القومي والحياة اليومية.
لكن ما التكنولوجيا الكمومية تحديدًا؟ تعتمد هذه التكنولوجيا في جوهرها على القوانين غير البديهية لميكانيكا الكم، وهو الفرع من الفيزياء الذي يصف سلوك المادة والطاقة على أصغر المقاييس. ففي هذا العالم الغريب، تستطيع الجسيمات أن توجد في عدة حالات في الوقت نفسه، وهي الظاهرة المعروفة بالتراكب الكمومي، كما يمكن أن تظل مترابطة عبر مسافات شاسعة من خلال التشابك الكمومي.
وبعدما كانت هذه الظواهر يومًا موضوعًا للنظريات المجردة، أصبحت اليوم أساسًا لهندسة أنظمة مبتكرة ومتقدمة، من حواسيب تعالج المعلومات بطرق مختلفة جذريًا، إلى مستشعرات تقيس العالم بدقة غير مسبوقة، وشبكات اتصالات يكاد يكون من المستحيل اختراقها.
ولفهم الطريقة التي يمكن أن يسهم بها هذا المجال الناشئ في تشكيل المستقبل، هناك خمسة مجالات قد تترك فيها التكنولوجيا الكمومية أثرًا ملموسًا قريبًا.
1. اكتشافات جديدة في الطب وعلوم المواد
يتطلع عالم في صناعة الأدوية إلى تصميم دواء جديد لعلاج مرض لم يكن له علاج فعال من قبل. أمامه آلاف الجزيئات المحتملة، وعدد هائل من الطرق التي يمكن أن تتفاعل بها هذه الجزيئات داخل الجسم، فضلًا عن عدم اليقين بشأن المركب الذي سينجح بالفعل.
وفي مختبر آخر، يستكشف باحثون في علوم المواد آلاف التركيبات والنسب المختلفة للذرات بهدف تطوير بطاريات ومواد كيميائية وسبائك أفضل، يمكن أن تساعد في خفض الانبعاثات الناتجة عن وسائل النقل. تستطيع الحواسيب العملاقة التقليدية تضييق نطاق الخيارات، لكنها تصل في نهاية المطاف إلى حدود قدرتها على التعامل مع هذا الكم الهائل من الاحتمالات.
وهنا يمكن للحوسبة الكمومية أن تحدث فرقًا حاسمًا. تعتمد هذه الحواسيب على البتات الكمومية، أو الكيوبتات، وهي الوحدة الأساسية للمعلومات في الحاسوب الكمومي. ولا تقتصر الكيوبتات على تمثيل الواحد والصفر كما تفعل البتات في الحواسيب التقليدية، بل تستطيع أن توجد في مجموعة متنوعة من «الحالات» الكمومية.
وتُعد القدرة على تطوير الكيوبتات والتحكم فيها عنصرًا أساسيًا لدفع الحوسبة الكمومية وغيرها من التقنيات الكمومية إلى الأمام. فمن خلال استخدام الكيوبتات، تستطيع الحواسيب الكمومية محاكاة أعداد هائلة من الاحتمالات المختلفة في الوقت نفسه، ما قد يكشف أنماطًا لا تستطيع الأنظمة التقليدية الوصول إليها خلال فترة زمنية مفيدة.
وفي مجال الرعاية الصحية، قد يؤدي تسريع اكتشاف الأدوية إلى الاستجابة بصورة أسرع للفاشيات والأوبئة، وتطوير علاجات أكثر تخصيصًا للمرضى، وفهم تفاعلات بيولوجية لم يكن من الممكن تفسيرها بسهولة في السابق. كما يمكن لمحاكاة سلوك المواد باستخدام الحواسيب الكمومية أن تقود إلى تطوير مواد أكثر كفاءة في استخدام الطاقة، ومحفزات كيميائية وسبائك وبوليمرات جديدة.
ورغم أن الحواسيب الكمومية التجارية العاملة بصورة كاملة لا تزال قيد التطوير، فإن التقدم يتسارع. وتُظهر الأساليب الحالية التي تجمع بين الحوسبة الكمومية والتقليدية بالفعل إمكانات كبيرة لإعادة تشكيل الطريقة التي نكتشف بها العلاجات ونصممها.
2. مستشعرات للملاحة والطب والبيئة
تستطيع مجموعة جديدة من المستشعرات الاستفادة من ظواهر كمومية مختلفة، مثل التراكب والتشابك، لرصد تغيرات قد تعجز الأجهزة التقليدية عن اكتشافها، ما يفتح المجال أمام استخدامات كثيرة في جوانب مختلفة من الحياة اليومية.
وفي مجال الملاحة، يمكن لهذه المستشعرات توجيه السفن والغواصات والطائرات من دون الاعتماد على نظام تحديد المواقع العالمي GPS، وذلك من خلال رصد التغيرات الدقيقة في المجالات المغناطيسية والجاذبية للأرض.
وفي الطب، يمكن للمستشعرات الكمومية تعزيز قدرات التشخيص من خلال تقنيات تصوير أكثر حساسية وأسرع، ومن دون الحاجة إلى إجراءات جراحية أو تدخلات داخلية.
أما في مجال مراقبة البيئة، فقد تتمكن هذه المستشعرات من رصد التحولات الدقيقة تحت سطح الأرض، وتوفير إنذارات مبكرة بشأن النشاط الزلزالي، أو اكتشاف كميات ضئيلة جدًا من الملوثات في الهواء والماء بدرجة استثنائية من الدقة.
3. تحسين العمليات في الخدمات اللوجستية والقطاع المالي
تتعلق بعض أصعب المشكلات التي نواجهها اليوم بتحسين أنظمة شديدة التعقيد، حيث يتعين اختيار أفضل خيار من بين مليارات الاحتمالات.
فإدارة شبكة كهرباء، أو محفظة استثمارية، أو جدولة الرحلات الجوية والتداولات المالية، أو تنسيق عمليات التوصيل حول العالم، كلها تتضمن مشكلات تحسين بالغة التعقيد، إلى درجة أن الحواسيب العملاقة المتقدمة نفسها قد تجد صعوبة في الوصول إلى حلول فعالة خلال الوقت المطلوب.
وقد تغير الحوسبة الكمومية هذا الواقع. إذ يمكن استخدام الخوارزميات الكمومية لحل مشكلات التحسين التي يصعب التعامل معها بالأساليب التقليدية.
ومن خلال استخدام مبادئ الكم لاستكشاف حلول متعددة في الوقت نفسه، يمكن لهذه الأنظمة تحديد الحلول بصورة أسرع بكثير من الطرق التقليدية. وقد تتمكن شركة لوجستية مثلًا من تعديل مسارات التوصيل في الوقت الفعلي مع تغير حركة المرور والطقس والطلب.
كما يمكن لشركات الطيران وشبكات السكك الحديدية إعادة تنظيم عملياتها تلقائيًا لتجنب انتشار التأخيرات المتتالية، بينما يستطيع مزودو الطاقة تحقيق توازن أكثر دقة بين إنتاج الطاقة المتجددة وتخزينها واستهلاكها. وقد تستخدم البنوك الحواسيب الكمومية لتقييم عدد هائل من سيناريوهات الأسواق بصورة متوازية، بما يساعدها في إدارة المحافظ الاستثمارية.
4. اتصالات فائقة الأمان
يمثل الأمن أحد المجالات التي يمكن أن يكون للتكنولوجيا الكمومية فيها أثر قريب وواسع. فالحواسيب الكمومية تقترب تدريجيًا من القدرة على كسر العديد من أنظمة التشفير المستخدمة حاليًا، مثل تشفير RSA الذي يؤمن نقل البيانات عبر الإنترنت، وهو ما يشكل تحديًا كبيرًا للأمن السيبراني.
وفي الوقت نفسه، يمكن لتقنيات الاتصال الكمومي، مثل توزيع المفاتيح الكمومية، أن توفر اتصالات مشفرة تتمتع بأمان متأصل في طبيعتها.
وعلى المستوى العملي، يمكن أن يسهم ذلك في تأمين كل شيء، بدءًا من المعاملات المالية والسجلات الصحية، وصولًا إلى الاتصالات الحكومية والعسكرية. وبالنسبة إلى أجهزة الأمن القومي، أصبح التشفير الآمن في مواجهة التهديدات الكمومية أولوية استراتيجية بالفعل. أما بالنسبة إلى المستخدم العادي، فقد يعني ذلك تعزيز الخصوصية الرقمية، وأنظمة هوية أكثر موثوقية، وتقليل مخاطر الهجمات السيبرانية.
5. دفع الذكاء الاصطناعي إلى الأمام
يعيد الذكاء الاصطناعي بالفعل تشكيل قطاعات عديدة، لكنه يعتمد في الوقت نفسه على قدرات حوسبية هائلة لتدريب النماذج الكبيرة وتشغيلها. وفي المستقبل، يمكن للحوسبة الكمومية أن تعزز قدرات الذكاء الاصطناعي من خلال تنفيذ حسابات بالغة التعقيد يصعب على الحواسيب التقليدية التعامل معها.
ورغم أن هذا المجال لا يزال في مراحله الأولى، فقد تساعد الخوارزميات الكمومية في تسريع بعض جوانب التعلم الآلي، وهو المجال الذي تتحسن فيه الخوارزميات من خلال الخبرة، كما يمكن أن تساعد في محاكاة الأنظمة المعقدة أو تحسين بنى أنظمة الذكاء الاصطناعي بكفاءة أكبر. وقد يؤدي ذلك إلى أنظمة تتعلم بصورة أسرع، وتفهم السياق بدرجة أفضل، وتعالج مجموعات بيانات أكبر بكثير مما تسمح به النماذج الحالية.
تخيل مساعدين رقميين يفهمونك بصورة أكثر طبيعية، وأدوات تشخيص طبي تدمج البيانات الجينية والبيئية في الوقت الفعلي، أو أبحاثًا علمية تتقدم من خلال عمليات محاكاة سريعة مدعومة بالحوسبة الكمومية.
لماذا يهم هذا، وما الذي ينبغي مراقبته؟
لم تعد التكنولوجيا الكمومية مجرد مجال نظري. فقد تزايد التفاؤل بإمكانية أن تصبح التقنيات الكمومية القابلة للتوسع والمجدية تجاريًا واقعًا خلال السنوات العشر المقبلة. ومع استثمار مليارات الدولارات حول العالم، وبدء اختبار عدد متزايد من النماذج الأولية خارج المختبرات، بدأ «العصر الكمومي» يتشكل بالفعل.
وترى الحكومات في هذه التكنولوجيا أولوية استراتيجية، بينما تنظر إليها الصناعات باعتبارها مصدرًا محتملًا لميزة تنافسية. وقد تمتد آثارها إلى قطاعات تكاد تشمل كل شيء، من الرعاية الصحية والطاقة والقطاع المالي إلى الدفاع وما يتجاوز ذلك.
وهذا يعني أننا بحاجة إلى التساؤل عما إذا كانت أنظمتنا التعليمية، وديناميكيات سوق العمل، والبنية التحتية، وآليات الحوكمة فعالة بما يكفي، وما إذا كانت تواكب هذا التطور المتسارع.
وسيكون للقادرين على الاستثمار مبكرًا وبصورة استراتيجية في الاستعداد للعصر الكمومي، ولمن يمتلكون الصبر لمواصلة هذا الاستثمار، دور مهم في تحديد الكيفية التي ستتطور بها هذه التكنولوجيا. وعندما تصل إلى مرحلة النضج، حتى لو كنا لا نزال على بعد بضع سنوات من ذلك، فقد يمتد تأثيرها إلى ما هو أبعد بكثير من المختبرات، ليصل إلى مختلف جوانب عالمنا المترابط والقائم على البيانات.
