يمكن للخوارزمية الكمومية الجديدة محاكاة المواد المتغيرة في الصناعة

طورت شركة Phasecraft الناشئة في المملكة المتحدة خوارزمية تجعل وعد إمكانات أجهزة الكمبيوتر الكمومية للكشف عن مواد جديدة وخصائصها أقرب إلى التحقيق.

نظرًا لقدرتها على محاكاة أنظمة كمومية معقدة متعددة، تمتلك أجهزة الكمبيوتر الكمومية إمكانات مذهلة في مجال علوم المواد. وهذا بدوره يمكن أن يؤدي إلى قفزات تكنولوجية في مجالات مثل الطاقة والتصنيع والطب.

لا يزال هناك طريق طويل لتقطعه أجهزة الكمبيوتر الكمومية لتتوسع وتصبح مستقرة بما يكفي لأداء هذه الوظائف بشكل مُرضٍ من تلقاء نفسها. ومع ذلك، يمكن لأجهزة الكمبيوتر الكمومية وأجهزة الكمبيوتر الكلاسيكية العمل معًا، باستخدام الخوارزميات التي تستخدم أجهزة كمبيوتر كمومية أصغر حجمًا لمهام فرعية محددة ضمن عملية حسابية أكبر.

اليوم، كشفت شركة Phasecraft الناشئة ومقرها بريستول ولندن عن خوارزمية جديدة يجمع ويحسن رسم الخرائط الكلاسيكية مع المحاكاة الكمومية، مما يضع عمليات محاكاة المواد على أجهزة الكمبيوتر الكمومية قريبة المدى “على مسافة قريبة”.

وقال: “إن التحسينات التي قمنا بها في أعماق الدوائر باستخدام أحدث خوارزمياتنا تغير بشكل أساسي المشهد والجدول الزمني لمحاكاة المواد على أجهزة الكمبيوتر الكمومية”. Phasecraft CTO / كبير العلماء والمؤسس المشارك توبي كوبيت. (لن نتوقف أبدًا عن الإعجاب بمدى ملاءمة، أو ربما حتمية، أن يعمل شخص يحمل هذا الاسم الأخير في مجال الحوسبة الكمومية).

التغلب على قيود الكمبيوتر الكمي على المدى القريب

يشير مصطلح “الحواسيب الكمومية قريبة المدى” إلى أنظمة الحوسبة الكمومية التي من المتوقع تطويرها وتشغيلها على المدى القصير نسبيًا، مع الأخذ في الاعتبار الوتيرة الحالية للتقدم التكنولوجي في هذا المجال. لديهم عدد محدود من الكيوبتات ولديهم قيود على عدد العمليات التي يمكنهم تنفيذها بشكل موثوق.

تقول شركة Phasecraft أن منهجها الخوارزمي يتغلب على هذه القيود من خلال الجمع بين الأساليب الكلاسيكية لرسم خرائط المواد، مع تقنيات الكم الجديدة لمحاكاة سلوكها. تقوم المرحلة الأولى بإجراء العمليات الحسابية والتحسينات على أجهزة الكمبيوتر الكلاسيكية لإنتاج تمثيل فعال للمادة، بينما تنتج المرحلة الثانية الدوائر الكمومية الأكثر كفاءة في العالم لمحاكاة سلوك تلك المادة.

“ما كان يُعتقد سابقًا أنه بعيد المنال عن أجهزة الكمبيوتر الكمومية على المدى القريب يبدو الآن أنه على مسافة قريبة. وتابع كوبيت: “لقد اتخذنا خطوة مهمة نحو الوعد بنمذجة وتصميم مواد جديدة باستخدام الحوسبة الكمومية”.

جنبا إلى جنب مع نشر أحدث ورقة في مجلة Nature Communications، أطلقت Phasecraft أيضًا قاعدة بيانات التعقيد الكمي لنمذجة الموادالذي يسرد تعقيد الدائرة الكمومية (مرجع لمدى تعقيد الحساب الكمي) لأكثر من 40 مادة.

وقال آشلي مونتانارو، المؤسس المشارك والرئيس التنفيذي، إن الهدف من إطلاق قاعدة البيانات هو سد الفجوة بين نظرية الحوسبة الكمومية والتطبيق العملي. وقال: “إنها تتويج لعدة سنوات من البحث وشهادة على التقدم الذي أحرزناه في جعل نمذجة المواد على أجهزة الكمبيوتر الكمومية أقرب إلى الواقع”.

قامت مؤسسة Innovate UK والمركز الوطني للحوسبة الكمومية (NQCC) بدعم أبحاث Phasecraft بالمنح. كما شارك قسم الحوسبة العلمية في مجلس مرافق العلوم والتكنولوجيا (STFC) مع الشركة الناشئة في المشروع. تأسست شركة Phasecraft نفسها في عام 2019 على يد Cubitt وMontanaro وJohn Morton.