القوة المذهلة للذاكرة الكمومية

النسخة الأصلية ل هذه القصة ظهرت في مجلة كوانتا.

ليس من السهل دراسة الأنظمة الكمومية، وهي مجموعات من الجسيمات التي تتبع القواعد غير البديهية لميكانيكا الكم. يقول مبدأ عدم اليقين لهايزنبرغ، وهو حجر الزاوية في نظرية الكم، إنه من المستحيل قياس الموقع الدقيق للجسيم وسرعته في وقت واحد، وهي معلومات مهمة جدًا لفهم ما يحدث.

من أجل دراسة مجموعة معينة من الإلكترونات، على سبيل المثال، يجب على الباحثين أن يكونوا أذكياء في هذا الشأن. قد يأخذون صندوقًا من الإلكترونات، ويطعنونه بطرق مختلفة، ثم يلتقطون لقطة لما يبدو عليه في النهاية. ومن خلال القيام بذلك، يأملون في إعادة بناء ديناميكيات الكم الداخلية في العمل.

ولكن هناك مشكلة: لا يمكنهم قياس جميع خصائص النظام في نفس الوقت. لذلك يكررون. سيبدأون بنظامهم، ثم يخزونه، ثم يقيسونه. ثم سيفعلون ذلك مرة أخرى. في كل تكرار، سوف يقومون بقياس مجموعة جديدة من الخصائص. قم ببناء ما يكفي من اللقطات معًا، ويمكن أن تساعد خوارزميات التعلم الآلي في إعادة بناء الخصائص الكاملة للنظام الأصلي – أو على الأقل الاقتراب منها حقًا.

هذه عملية شاقة. لكن من الناحية النظرية، يمكن للحواسيب الكمومية أن تساعد. هذه الآلات، التي تعمل وفقًا لقواعد الكم، لديها القدرة على أن تكون أفضل بكثير من أجهزة الكمبيوتر العادية في نمذجة عمل الأنظمة الكمومية. يمكنهم أيضًا تخزين المعلومات ليس في الذاكرة الثنائية الكلاسيكية، ولكن في شكل أكثر تعقيدًا يسمى الذاكرة الكمومية. وهذا يسمح بأوصاف أكثر ثراءً ودقةً للجسيمات. وهذا يعني أيضًا أن الكمبيوتر يمكنه الاحتفاظ بنسخ متعددة من الحالة الكمومية في ذاكرته العاملة.

قبل بضع سنوات، أثبت فريق من معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا أن بعض الخوارزميات التي تستخدم الذاكرة الكمومية تتطلب لقطات أقل بشكل كبير من الخوارزميات التي لا تستخدمها. كانت طريقتهم بمثابة تقدم كبير، لكنها تطلبت كمية كبيرة نسبيًا من الذاكرة الكمومية.

وهذا يعد بمثابة كسر للصفقة، لأنه من الناحية العملية، من الصعب الحصول على الذاكرة الكمومية. يتكون الكمبيوتر الكمومي من بتات كمومية مترابطة تسمى الكيوبتات، ويمكن استخدام الكيوبتات للحساب أو الذاكرة ولكن ليس كليهما.

الآن، توصل فريقان مستقلان إلى طرق للتعامل مع ذاكرة كمومية أقل بكثير. في الورقة الأولى، أظهر سيتان تشن، عالم الكمبيوتر في جامعة هارفارد، وزملاؤه أن نسختين فقط من الحالة الكمومية يمكن أن تقلل بشكل كبير عدد المرات التي تحتاج فيها إلى التقاط لقطة لنظامك الكمي. وبعبارة أخرى، فإن الذاكرة الكمومية تستحق الاستثمار دائمًا تقريبًا.