آي بي إم تعلن بدء عصر التفوق الكمي: 3 براهين علمية تتغلب على الحواسيب التقليدية

ما هو 'التفوق الكمي'؟

التفوق الكمي (Quantum Advantage) هو النقطة التي يستطيع عندها الحاسوب الكمي تنفيذ مهمة بدقة أو بتكلفة أو بكفاءة أفضل من أي طريقة تقليدية معروفة . يتطلب إطار العمل الذي نشرته آي بي إم (arXiv:2506.20658) معيارين: أولاً، يجب التحقق بدقة من صحة المخرجات الكمومية؛ ثانياً، يجب أن تُظهر العملية الحسابية الكمومية كفاءة أو فعالية من حيث التكلفة أو دقة متفوقة مقارنة بالطرق التقليدية . صُممت الأوراق الثلاث لتحقيق كلا المعيارين في وقت واحد .

البراهين الثلاثة

1. آي بي إم و Algorithmiq: محاكاة مادة كمومية خلف متناول الحواسيب التقليدية

حاكت هذه الورقة مادة كمومية غير متجانسة (heterogeneous quantum material) صممتها Algorithmiq على معالج آي بي إم الكمي Heron. يلتقط النموذج مادة كمومية قابلة للبرمجة يمكن ضبط تدفق المعلومات وتوطينها وتداخلها — وهي فئة من المشاكل ذات صلة بتصميم المحفزات وإلكتروليتات البطاريات .

النتيجة الرئيسية: بعد ثمانية أشهر من نشر المشكلة لأول مرة على Quantum Advantage Tracker، لم تتمكن أي طريقة تقليدية من إنتاج نتائج موثوقة عبر نطاق المشكلة الكامل .

كيف تحققوا من صحة الإجابة: أنتجت طرق المحاكاة التقليدية تنبؤات متضاربة فيما بينها — لم تتفق على إجابة صحيحة. طور الفريق إطار عمل "حساب كمي موثوق" باستخدام معالجة الضوضاء: قاموا عمداً بحقن ضوضاء مضبوطة، وتعديل معايرة البوابات المنطقية، وتشغيل العملية الحسابية عبر معالجات آي بي إم متعددة. بقيت النتيجة الكمومية مستقرة تحت ظروف ضوضاء مختلفة، مما قدم دليلاً على أن القيمة الفيزيائية الحقيقية كانت تُحسب بشكل صحيح .

دعوة للمجتمع: قامت Algorithmiq بنشر monoprop مفتوح المصدر — أفضل طريقتها التقليدية لمحاكاة الحالات الأرضية الجزيئية — بحيث يمكن لأي مجموعة بحثية استخدامه لاختبار صحة ادعاءات التفوق الكمي المستقبلية .

2. آي بي إم وجامعة شيكاغو: 70 كيوبتاً منطقياً مع تصحيح الأخطاء

استخدمت هذه الورقة بناءً جديداً للدوائر الكمومية المشفرة (المصححة للأخطاء) لتنفيذ واحدة من أكبر العروض التوضيحية للحوسبة الكمومية المنطقية التي تم الإبلاغ عنها على الإطلاق: 70 كيوبتاً منطقياً، تشغل 2,415 عملية ثنائية-كيوبت منطقية و468 بوابة T منطقية. كانت معدلات الخطأ المنطقية أقل بعشر مرات من معدلات الخطأ الفيزيائية الأساسية، مما يؤكد أن تصحيح الأخطاء كان يعمل بفعالية .

النتيجة الرئيسية: اكتملت العملية الحسابية الكمومية في حوالي 15 دقيقة. واجهت طرق المحاكاة التقليدية الرائدة أوقات تشغيل باهظة لمهمة مكافئة .

كيف تحققوا من صحة الإجابة: طور الفريق بديلاً منسقاً لأخذ عينات الدوائر العشوائية (RCS) يحتفظ بنفس معايير الصعوبة ولكنه يتيح اكتشاف الأخطاء أثناء العملية الحسابية نفسها، مما يوفر ثقة إحصائية في دقة المخرجات .

دعوة للمجتمع: تم إطلاق الدوائر والنتائج علناً على Quantum Advantage Tracker لقياس الأداء من قبل المجتمع .

3. آي بي إم و Qedma: فيزياء الأجسام المتعددة على 74 كيوبتاً، مع تحقق متبادل على الأيونات المحصورة

استخدمت هذه الورقة برنامج تخفيف الأخطاء QESEM من Qedma على معالجات آي بي إم الكمومية Heron لدراسة ديناميكيات نموذج Floquet Ising ثنائي الأبعاد — وهو نظام مغناطيسي مدفوع — في أنظمة تصل إلى 74 كيوبتاً، مما أدى إلى حل تذبذبات كمومية معقدة طويلة الأمد لم تتمكن الطرق التقليدية من إعادة إنتاجها باستمرار .

النتيجة الرئيسية: لم تستطع المحاكاة التقليدية التي أجريت على Fugaku (أحد أقوى الحواسيب الفائقة في العالم، عبر RIKEN) وطرق من BlueQubit الاتفاق باستمرار على المقياس الذي وصلت إليه التجارب الكمومية، بينما ظلت النتائج الكمومية المخففة الأخطاء متسقة .

كيف تحققوا من صحة الإجابة: استراتيجية ثلاثية المستويات: (1) تم قياس أداء تخفيف الأخطاء غير المتحيز مقابل الحسابات التقليدية على نطاقات أصغر حيث لا تزال الطرق التقليدية موثوقة؛ (2) ثم تم توسيع نهج التخفيف القابل للتطوير إلى أحجام أكبر؛ و(3) أكد التحقق المتبادل المستقل عبر الأنظمة الأيونية المحصورة من Quantinuum أن الفيزياء المرصودة لم تكن خاصة بعتاد آي بي إم .

دعوة للمجتمع: تم إصدار الدوائر والنتائج الكمومية للعموم على Quantum Advantage Tracker قبل نشرها على arXiv .

مواضيع شاملة

متتبع التفوق الكمي (Quantum Advantage Tracker)

نشرت الفرق الثلاث مشاكلها ونتائجها على منصة آي بي إم Quantum Advantage Tracker مفتوحة المصدر — وهي أول منصة مجتمعية من نوعها للمقارنة المنهجية بين الأساليب الكمومية والتقليدية في الوقت الفعلي . يمكن لأي مجموعة بحثية محاولة دحض الادعاءات الكمومية بخوارزميات تقليدية أفضل، وسيعرض المتتبع المقارنة بشكل مفتوح .

مشكلة التحقق من الثقة

كان الانتقاد المستمر للادعاءات السابقة بالسيادة الكمومية (مثل تجربة Google's Sycamore عام 2019) هو أن المخرجات الكمومية لا يمكن التحقق منها بشكل مستقل. المساهمة الرئيسية لآي بي إم عبر الأوراق الثلاث هي منهجية لبناء الثقة في النتائج الكمومية حتى عندما يكون التحقق التقليدي مستحيلاً: فحوصات استقرار معالجة الضوضاء، وبناء دوائر الكشف عن الأخطاء، والتحقق المتبادل عبر منصات عتاد مختلفة .

الطريق إلى الأمام

صرّح جاي غامبيتا، مدير أبحاث آي بي إم: "لقد وصلت الحواسيب الكمومية إلى النقطة التي يمكنها فيها إظهار أدلة على المعايير الأساسية للتفوق: يمكنها التفوق على الطرق التقليدية الرائدة، ويمكنها في الوقت نفسه إنتاج نتائج يمكننا الوثوق بها" . في يونيو 2026، التزمت آي بي إم بأكثر من 10 مليارات دولار لخارطة طريقها الكمومية، بهدف الوصول إلى حاسوب كمي متسامح مع الأخطاء (IBM Quantum Starling) بحلول عام 2029 .