خوارزمية كمية تحلّ في ثوانٍ مسألة فيزيائية عجزت عنها أقوى الحواسيب العملاقة

باحثون في جامعة آلتو الفنلندية يطوّرون خوارزمية مستوحاة من الحوسبة الكمية تُحاكي أشباه البلورات الطوبولوجية بأكثر من 268 مليون موقع حسابي في وقت قياسي.

تحرير
ألمعي · هيئة التحرير
النشر
١٥ مايو ٢٠٢٦
المصدر
ScienceDaily
القراءات
٠
الوقت
قراءة دقيقتين
تصور فني لخوارزمية كمية تُحاكي هياكل المواد المعقدة

واجه علماء الفيزياء الحسابية لعقود مسألة مُحيّرة: كيف تُحاكي موادَّ غير دورية كأشباه البلورات يحتاج تمثيلها الرياضي إلى معالجة ما يزيد على كوادريليون عدد؟ الحواسيب العملاقة التقليدية تعجز أمام مثل هذه التعقيدات. لكن فريقاً من جامعة آلتو (Aalto University) الفنلندية قلب المعادلة كلياً بخوارزمية مستوحاة من مبادئ الحوسبة الكمية.

تعتمد الخوارزمية الجديدة على ما يُعرف بشبكات الموترات، وهو إطار رياضي يسمح بتمثيل الفضاءات الحسابية الأسّية الضخمة المرتبطة بأنظمة الكم ذات الأجسام المتعددة. وباستغلال هذه البنية الرياضية، تمكّن الباحثون من محاكاة أشباه البلورات الطوبولوجية التي تضم أكثر من 268 مليون موقع حسابي، وهو ما يتجاوز بمراحل حدود ما يمكن لأي حاسوب عملاق كلاسيكي التعامل معه بكفاءة.

شبه البلورات (Quasicrystals) مواد صلبة غريبة تتميز بتنظيم ذري طويل المدى لكنه غير دوري، بخلاف البلورات العادية التي تتكرر في نمط منتظم. اعتُقد لفترة طويلة أن وجود مثل هذه المواد مستحيل، حتى اكتشفها العالم دان شيختمان عام 1984 بما أكسبه جائزة نوبل للكيمياء. وتُعرف الأنواع الطوبولوجية منها بخصائص إيصالية استثنائية مقاومة للاضطرابات، مما يجعلها مرشّحة لتطبيقات في إلكترونيات لا تُبدّد طاقة.

يقول الباحث تياغو أنتاو: تعمل الحواسيب الكمية في فضاءات حسابية أسّية الحجم، لذا استخدمنا عائلة خاصة من الخوارزميات تُعرف بشبكات الموترات لترميز تلك الفضاءات. وتكمن أهمية هذا التطور في أنه لا يتطلب حاسوباً كمياً فعلياً متاحاً اليوم، بل يُطبّق المبادئ الرياضية الكمية على الأجهزة الكلاسيكية الراهنة.

ومع ذلك، لا يُخفي الفريق طموحاته المستقبلية: يؤكد الباحث خوسيه لادو أن هذه الخوارزمية قابلة للتكيّف مع الحواسيب الكمية الحقيقية حين تبلغ المستوى الضروري من الحجم والجودة. ويُضيف أن نجاح هذا البحث يفتح حلقة تغذية راجعة منتجة: فمحاكاة مواد كمية جديدة تُعين في تصميم بنى معمارية أفضل للبتات الكمية الطوبولوجية، التي بدورها تُعزز قدرة الحوسبة الكمية على محاكاة مواد أكثر تعقيداً.

نُشرت نتائج البحث في مجلة Physical Review Letters المحكّمة، وأثارت إعجاب المحررين بحيث استحقت وسم اقتراح المحررين، وهو تمييز نادر لا يُمنح إلا لأبحاث ذات أهمية استثنائية.

تتقاطع هذه التطورات مع طموحات عربية متصاعدة في الحوسبة الكمية؛ فقد أعلنت أرامكو السعودية شراكتها مع باسكال الفرنسية لبناء أول حاسوب كمي في المنطقة، فيما أطلقت الإمارات مركز التميز في الحوسبة الكمية ضمن جامعة خليفة، وانضمت قطر إلى مبادرات بحثية مع IBM. ويعني هذا الإنجاز للباحثين العرب أن النوافذ التطبيقية للحاسوب الكمي بدأت تتسع فعلياً من النظري إلى العملي، بما يُعزّز جدوى الاستثمار في الكوادر الوطنية في علوم المواد وأشباه الموصلات.

يقع هذا الإنجاز في قلب سعي أوسع لبناء أجهزة إلكترونية لا تُبدّد طاقة، مما قد يُسهم على المدى البعيد في تخفيض الاستهلاك الهائل للطاقة في مراكز البيانات التي تُشغّل بنية الذكاء الاصطناعي العالمية. كما تمتد التطبيقات المحتملة إلى أشباه الموصلات المتقدمة التي تعتمد عليها كل أجهزة الحوسبة الحديثة.

المصدر الأصلي
ScienceDaily
قراءة المقال الأصلي ↗
اقرأ أيضًا

المزيد من علوم

غابة مانغروف ساحلية نابضة بالحياة مع انعكاس الضوء على المياه

ارتفاع منسوب البحار يهدد غابات المانغروف ويحوّلها من خزانات إلى مصادر كربون

دراسة من جامعة إكستر تكشف أن ارتفاع مستوى البحار سيُقلص قدرة غابات المانغروف على تخزين الكربون الأزرق، محوّلًا هذه الأنظمة البيئية الساحلية من مستودعات كربون أساسية إلى مصادر انبعاث تُفاقم التغير المناخي.

ScienceDaily
صورة الثقب الأسود في مجرة M87 التقطها تلسكوب أفق الحدث

طريقة جديدة للكشف عن أزواج الثقوب السوداء الهائلة عبر ومضات نجمية متكررة

فريق بحثي من أكسفورد ومعهد ماكس بلانك يقترح منهجية مبتكرة لرصد أزواج الثقوب السوداء الهائلة الكامنة في مراكز المجرات عبر التعدس الجاذبي الذي يُنتج ومضات نجمية متكررة قابلة للتحليل.

ScienceDaily
تصوير فني لعقل بشري يتشابك مع أدوات ذكاء اصطناعي

هل تسرق روبوتات الدردشة الذكية قدرتنا على التفكير والتركيز؟

عالمة نفس من UC Irvine تُطلق تحذيرات من الإسناد المعرفي المفرط لأدوات الذكاء الاصطناعي، مستندةً إلى بيانات تُظهر تراجع متوسط فترة التركيز من دقيقتين ونصف في 2003 إلى 47 ثانية فقط بحلول 2020.

MIT Technology Review
خوارزمية كمية تحلّ في ثوانٍ مسألة فيزيائية عجزت عنها أقوى الحواسيب العملاقة — ألمعي