الأخبار التكنولوجية والاستعراضات والنصائح!

دليل CIO إلى الحوسبة الكمومية

نبذة عن الكاتب

ماثيو بريس هو نائب الرئيس لشؤون الأبحاث بجارتنر.

يكتنف تقنية الحوسبة الكمومية في الأساطير والغموض – وهو أمر مفهوم عندما تفكر في الكليشيهات التي تناقشها عند مناقشتها: "أجهزة الكمبيوتر الكمومية ستعمل بشكل أسرع من سرعة الضوء". "أجهزة الكمبيوتر الكمومية ستحل محل جميع الأنظمة التقليدية".

"الحوسبة الكمية ستجعل جميع خوارزميات تشفير الأمان قديمة". تم غمر مديري تقنية المعلومات بالضجيج ، ولكن يجب أن يتعلموا أن يكتشفوا ضوضاء لفهم القوة التخريبية للحوسبة الكمومية وتطبيقاتها المحتملة في الذكاء الاصطناعي (AI) ، والتعلم الآلي (ML) ، وعلوم البيانات.

في حين أن الحلول الكمومية قد تحدث ثورة في صناعة تكنولوجيا المعلومات بأكملها مع تأثيرات اقتصادية وصناعية واجتماعية كبيرة ، فإنها لن تعمل بسرعة خفيفة ، أو تحل محل الأنظمة الحالية ، أو تجعل جميع تشفيرات الأمان ضرورية بين عشية وضحاها.

ومع ذلك ، لا ينبغي تجاهل الحوسبة الكمية. تمتلك إمكانات هائلة في مجالات الكيمياء والتحسين و ML و AI ، وستكون قادرة على معالجة الفرص الرئيسية في هذه المجالات التي يتعذر الوصول إليها حاليًا بسبب قيود هندسة الكمبيوتر الكلاسيكية.

ما هو الحوسبة الكمومية؟

الحوسبة الكمومية هي نوع من الحوسبة غير الكلاسيكية القائمة على الحالة الكمية للجزيئات دون الذرية. إنه يختلف بشكل أساسي عن أجهزة الكمبيوتر الكلاسيكية ، التي تعمل باستخدام وحدات البت الثنائية. تستخدم الحوسبة الكمومية بتات الكم أو البتات. يمكن أن يمثل الكبت واحد مجموعة من القيم ، والتي تعرف باسم "التراكب".

يمنح التراكب سرعة الحواسيب الكمومية والتوازي ، حيث أن كل qubit فردي يمكن أن يمثل حلاً كمياً للمشكلة. يمكن أيضًا ربط الكوبيتات معًا (المعروفة باسم "التشابك"). يضيف كل qubit متشابكا بعدين إضافيين إلى النظام. بالاقتران مع التراكب ، تكون أجهزة الكمبيوتر الكمومية قادرة على معالجة عدد كبير من النتائج المحتملة دفعة واحدة. يعتمد عدد البايتات عالية الجودة اللازمة لصنع كمبيوتر الكم القابل للحياة على المشكلة.

تدعى قدرة الكمبيوتر الكمومي على التفوق على الكمبيوتر الكلاسيكي "تفوق الكم". يتوقع الخبراء أن تفوق الكم سوف يصبح حقيقة واقعة في غضون بضع سنوات لعدد محدود من مشاكل الحوسبة.

التطبيقات المحتملة للحوسبة الكمومية

نظرًا لأن الحوسبة الكمية للأغراض العامة من غير المرجح أن يكون لها أي معنى اقتصادي على الإطلاق ، ستكون تطبيقات التكنولوجيا ضيقة ومركزة بدرجة عالية. ومع ذلك ، فإن التكنولوجيا لديها القدرة على إحداث ثورة في بعض الصناعات. الحوسبة الكمومية يمكن أن تتيح اختراقات في:

  • التعلم الآلي: تحسين ML من خلال التنبؤ المنظم بشكل أسرع. ومن الأمثلة على ذلك آلات بولتزمان ، وآلات بولتزمان الكمانية ، والتعلم شبه الخاضع للتعلم ، والتعلم غير الخاضع للإشراف والتعلم العميق ؛
  • الذكاء الاصطناعي: يمكن أن تؤدي العمليات الحسابية الأسرع إلى تحسين الإدراك والفهم وتشخيص خطأ الدائرة / المصنفات الثنائية ؛
  • الكيمياء: الأسمدة الجديدة والعوامل الحفازة وكيمياء البطاريات ستدفع جميعها إلى تحسينات في استخدام الموارد ؛
  • الكيمياء الحيوية: أدوية جديدة ، أدوية مخصصة ، وربما حتى مرمم للشعر ؛
  • التمويل: يمكن للحوسبة الكمومية أن تتيح محاكاة مونت كارلو بشكل أسرع وأكثر تعقيدًا ؛ على سبيل المثال ، التداول ، تحسين المسار ، عدم استقرار السوق ، تحسين الأسعار واستراتيجيات التحوط ؛
  • الرعاية الصحية: يمكن إجراء تسلسل جينات الحمض النووي ، مثل تحسين العلاج الإشعاعي / اكتشاف ورم في المخ ، في ثوانٍ بدلاً من ساعات أو أسابيع ؛
  • المواد: مواد قوية عظمى. الدهانات مقاومة للتآكل. مواد التشحيم وأشباه الموصلات ؛
  • علوم الكمبيوتر: وظائف بحث متعددة الأبعاد أسرع ؛ على سبيل المثال ، الاستعلام الأمثل والرياضيات والمحاكاة.

خطر تجاهل الحوسبة الكمومية

في حين أن العديد من جوانب مستقبل الحوسبة الكمومية لا تزال غير مؤكدة ، مثل الفيزياء والمواد والضوابط ، فإن المؤسسات متعددة الجنسيات مثل IBM و Google و Intel و Microsoft تستثمر بالفعل بكثافة في الأجهزة والبرامج.

يجب على مديري تقنية المعلومات اعتبار تكنولوجيا الحوسبة الكمومية ميزة تنافسية ، لأن الخوارزميات الجديدة المستوحاة من الكم يمكن أن تنتج حلولًا مبتكرة وأساليب جديدة لتطوير المنتجات. كما يمكن أن تقلل بشكل كبير من الوقت إلى السوق ، وكذلك تحسين تسليم العملاء.

علاوة على ذلك ، فإن تجاهل الحوسبة الكمومية قد يعرض الملكية الفكرية ومحفظة براءات الاختراع للخطر: سوف يتمتع المتبعون الأوائل بميزة تنافسية عن طريق تسجيل براءات إبداعية مستوحاة من الكم في مجالات محددة. على سبيل المثال ، قد يقوم المنافس بتطوير حل قائم على الكم لتحسين عمليات محاكاة مونت كارلو بنسبة 1،000٪ ، أو قد تقلل شركة المستحضرات الصيدلانية من الوقت اللازم لتسويق أدوية جديدة.

حقائق الحوسبة الكمومية

إننا نعيش حاليًا خلال فصل الشتاء الكمي ، أي خطر تفوق النمو على النمو ، مما قد يكون له تأثير سلبي على التصورات والاستثمارات. تثير الضجة الإعلامية الوعي في الوقت الذي تحدد فيه جدول زمني غير متوقع وتوقعات للقدرة. ويضمن هذا المستوى من الضجيج لإفساح المجال لخيبة الأمل ، وهو أمر خطير للغاية بالنسبة للحوسبة الكمومية ، لأنه يتطلب استثمارات مستدامة ومركزة على المدى الطويل.

نظرًا لأن الفيزياء الأساسية للحوسبة الكمية لا تزال قيد التطوير ، فلن تظهر نتائج متسقة لمدة لا تقل عن 5 إلى 10 سنوات. وبالتالي ، فإن أي استثمارات يتم القيام بها في السعي وراء فرص الحوسبة الكمومية يجب أن تؤتي ثمارها في الاكتشافات النقدية.

تعتبر الخدمات اللوجستية المطلوبة لأجهزة الكمبيوتر الكمومية محددة: يجب تبريد البيئات حتى تصل إلى 015 كلفن ، ويجب وضع المعالجات في ثلاجات مخففة محمية بأقل من 50 ألف مرة من المجال المغناطيسي للأرض. كما يتطلب معايرة عدة مرات كل يوم. شروط الصيانة هذه غير قابلة للتطبيق لمعظم المنظمات. توصي شركة Gartner المنظمات المهتمة بالحوسبة الكمومية باستخدام الحوسبة الكمومية كخدمة (QCaaS) لتقليل المخاطر واحتواء التكاليف. بحلول عام 2023 ، ستستخدم 95 ٪ من المنظمات التي تبحث في استراتيجيات الحوسبة الكمومية QCaaS.

بشكل عام ، لا يزال الاستثمار في التكنولوجيا أقل أمنا أو الاستثمار في الموظفين المهرة الذين يمكن أن يكونوا منتجين بشكل كامل كمديرين للمنتجات في المناطق التي تحمل إيرادات. مع ظهور فرص الحوسبة الكمومية ، سيكون لمديري المنتجات هؤلاء المهارات اللازمة لمعالجتها. حددت شركة Gartner أعدادًا مذهلة من علماء الفيزياء الكمينة في أدوار إدارة المنتج.

يجب أن يركز مديرو المعلومات على قيمة العمل ، وأن يتوقعوا النتائج لمدة 5 سنوات على الأقل

بحلول عام 2023 ، ستشارك 90٪ من استثمارات الحوسبة الكمومية في المؤسسات الاستشارية الكمومية للمساعدة في تشكيل المشكلات التي يمكنها الاستفادة من خوارزميات الكم. معرفة كيفية تحديد واستخراج قيمة العمل من مبادرة الحوسبة الكمومية هي مهارة أساسية يجب تطويرها. يجب أن يبحث مديرو تقنية المعلومات عن الفرص المحتملة من الحوسبة الكمومية وأن يكونوا على استعداد لمساعدة الأعمال التجارية على الاستفادة منها.

ستحتاج هذه الفرص إلى التكامل التام مع تقنية المعلومات التقليدية ، وستتطلب تعاونًا جديدًا بين علماء الأبحاث وعلماء البيانات الحاسوبية وعلماء البيانات الكمومية. هذا النموذج الجديد للتنمية أمر حيوي لنجاح أي برنامج الكم.

ماثيو بريس هو نائب رئيس الأبحاث في غارتنر.