لماذا تُعدُّ دقة الحاسوب الكمي أقل من دقة الحاسوب الرقمي؟

ملخص: تتمتّع الحواسيب الكمومية بقدراتٍ هائلة، لكنها لم تصبح قادرة على تحقيق الفوائد المرجوّة منها، وتواجه تحديات كبيرة، ولم تصل إلى الدقة المطلوبة بعد، وما زالت الحواسيب الرقمية أكثر دقة منها بسبب الاختلافات الجوهرية في تمثيل البيانات التي تُتيح إجراء عمليات حسابية معقدة ولكنها أقل دقة، بالإضافة إلى أن عدد البتات الكمومية في الحواسيب الكمومية الحالية صغير نسبياً، ما يحدُّ من قدرتها الحسابية على إجراء حسابات معقدة بدقة. الحواسيب الكمومية حساسة للغاية لبيئاتها أيضاً، ما يؤدي إلى ظواهر مثل فقدان التماسك، التي يمكن أن تؤدي إلى تقليل دقة الحسابات الكمومية. وعلى الرغم من ابتكار طرق تتجاوز هذه المشكلات، لكنها ما زالت غير فعّالة تماماً.

تتمتّع الحواسيب الكمومية بقدراتٍ هائلة، لكنها لم تصبح قادرة على تحقيق الفوائد المرجوّة منها، وتواجه تحديات كبيرة، ولم تصل إلى الدقة المطلوبة، وما زالت الحواسيب الرقمية أكثر دقة منها بسبب الاختلافات الجوهرية في مبادئ تشغيلها وقابليتها للخطأ والتفاعلات مع البيئة، وعلى الرغم من ابتكار طرق تتجاوز هذه الأخطاء، لكنها ما زالت غير فعالة تماماً.

اقرأ أيضاً: ما هي الحوسبة الكمومية؟ وكيف تعمل وما الفائدة منها؟

لماذا تُعدُّ دقة الحاسوب الكمي أقل من دقة الحاسوب الرقمي؟

يعود اختلاف دقة الحواسيب الكمومية عن الحواسيب الرقمية بسبب الاختلاف في مبادئ تشغيلها وقابليتها للخطأ.

تمثيل المعلومات

تستخدم الحواسيب الرقمية البتات كوحدة أساسية للبيانات، والتي توجد في إحدى حالتين فقط، إما 0 وإما 1، ما يسمح بالقيام بعمليات يمكن التنبؤ بها وتكرارها، ومعالجة البيانات واسترجاعها.

في المقابل، تستخدم الحواسيب الكمومية البتات الكمومية أو الكيوبتات، والتي يمكن أن توجد في الحالات المقابلة لـ 0 و1 بالإضافة إلى تراكبات هذه الحالات، ما يمكّن هذه الحواسيب من تمثيل معلومات أكثر تعقيداً في وقتٍ واحد، ولكنها تضيف تعقيداً يمكن أن يؤدي إلى إضعاف دقتها.

أنواع الأخطاء

تتعرض البتات في الحواسيب الرقمية لأخطاء قلب البت، وفيها يتغير 0 إلى 1 أو العكس، لكن البتات الكمومية عرضة لأخطاء قلب البت بالإضافة إلى قلب الطور وهي حالة يتغير فيها البت الكمومي في حالة التراكب من 0 + 1 إلى 0 – 1، ما يعقد عملية تصحيح الخطأ، ويؤثّر بالتالي في الدقة الإجمالية للحاسبات الكمومية.

عدد البتات الكمومية المحدود

لا يزال عدد البتات الكمومية في الحواسيب الكمومية الحالية صغيراً نسبياً، ما يحدُّ من قدرتها الحسابية على إجراء حسابات معقدة بدقة. ويتطلب تفوّق الحواسيب الكمومية على الأجهزة الرقمية ملايين البتات الكمومية، وهو ما لم يتم تحقيقه حتى الآن.

اقرأ أيضاً: ما هو الفرق بين ميكانيك الكم والفيزياء الكلاسيكية؟

التفاعلات البيئية وفقدان التماسك

الحواسيب الكمومية حساسة للغاية لبيئاتها، ما يؤدي إلى ظواهر مثل فقدان التماسك، والتي يمكن أن تؤدي إلى تقليل دقة الحسابات الكمومية، فالبتات الكمومية حساسة للتغيرات الخارجية، مثل المجالات الكهربائية الخاطئة وتقلبات درجات الحرارة، والتي يمكن أن تؤدي إلى أخطاء في الحساب حيث تفقد البتات الكمومية خصائصها الكمومية. تتطلب الأخطاء الناتجة عن فقدان التماسك آليات تصحيح أخطاء قوية لضمان دقة الحسابات.

تراكم الأخطاء

تتراكم الأخطاء العشوائية غير المُصححة في الحواسيب الكمومية، ما يقلل عدد الخطوات الحسابية الموثوقة التي يمكن أن تؤديها خوارزمية كميّة.

يعمل الباحثون على تطوير تقنيات لتصحيح الأخطاء في الوقت الفعلي، والتي تسمح باكتشاف الأخطاء وتصحيحها في أثناء سير العمليات الحسابية. ودون وجود تصحيح أخطاء كمومية كافٍ، تظل التطبيقات المحتملة للحواسيب الكمومية مقيدة، حيث إنها غير قادرة على التفوق على الحواسيب الرقمية بطريقة موثوقة للمشكلات العملية.

اقرأ أيضاً: ما هو الفرق بين الحاسوب العادي والحاسوب الكمي؟

تصحيح الأخطاء الكمومية مقابل التخفيف من الأخطاء الكمومية

لتجنّب الأخطاء في الحواسيب الكمومية وزيادة دقتها، تُستخدم استراتيجيتان؛ هما تصحيح الأخطاء الكمومية (QEC) وتخفيف الأخطاء الكمومية (QEM). تهدف تقنية تصحيح الأخطاء الكمومية إلى اكتشاف الأخطاء وتصحيحها في الوقت الفعلي لحدوثها في أثناء الحوسبة، أمّا استراتيجية تخفيف الأخطاء الكمومية تسعى للحفاظ على معدل أخطاء أقل من عتبة محددة، تسمح بإمكانية تحقيق حسابات كمية موثوقة.

تمتلك كلتا الاستراتيجيين فوائد وقيود، فعملية تصحيح الأخطاء الكمومية تتطلب موارد حسابية كبيرة، بينما طريقة تخفيف الأخطاء الكمومية أقل استهلاكاً للموارد، لكنها غالباً ما تؤدي إلى زيادة في عدد التشغيلات المطلوبة. وبالتالي، فإن كلتا الطريقتين مهمتان في التطوير المستمر للحوسبة الكمومية، لكنهما تُلبيان احتياجات وقيود مختلفة من حيث الأداء وتخصيص الموارد.

يعمل الخبراء حالياً على معالجة قيود كلتا الطريقتين، وتعزيز فوائدهما، ما يؤدي إلى تقليل الأخطاء وتحسين الأداء وزيادة دقة الحواسيب الكمومية وتحقيق إمكاناتها الكاملة.