انتقل إلى المحتوى

Google Willow و"الحالات السحرية"

عرض Google Willow "زراعة" الحالات السحرية: أخطاء أقل 40 مرة ودقة 99.99%. أشرح ما هي الحالات السحرية وما الذي يغيّره هذا الإنجاز.

Piotr Sobolewski3 دقائق قراءة

هذا المقال بلغات أخرى:DeutschEnglishEspañolFrançaisItaliano日本語Polski简体中文

في هذا المقال
  1. ما الذي أظهره Google Willow بالضبط؟
  2. وما هي هذه “الحالات السحرية”؟
  3. كيف تعمل “زراعة” الحالات السحرية؟
  4. هل هناك أي مشكلة؟
  5. ما الذي يغيّره هذا بالنسبة إلى التشفير؟
  6. FAQ

في 15 أكتوبر، كتب فريق Google Quantum AI على مدونة Google أن طريقة تُسمّى magic state cultivation، أي “زراعة” الحالات السحرية، نجحت عمليًا لأول مرة على معالج Google Willow. ونُشرت النتائج في مجلة Science.

ما الذي أظهره Google Willow بالضبط؟

بحسب منشور Emma Rosenfeld وCraig Gidney من Google Quantum AI، حققت الطريقة:

  1. أخطاء أقل بنحو 40 مرة مقارنةً بالحالات السحرية المُحضّرة دون “زراعة”،
  2. حالات T (أحد أنواع الحالات السحرية) بدقة منطقية 99.99%، وهو رقم قياسي بحسب الفريق،
  3. خطوات أولى نحو البنية المستهدفة لدى Google: نُقلت الحالة من كود لوني بمسافة 3 إلى كود سطحي بمسافة 5.

وبحسب Decrypt، استخدمت التجربة 54 من أصل 105 كيوبتات في Willow كحد أقصى.

وما هي هذه “الحالات السحرية”؟

ينفّذ الحاسوب الكمومي المزوّد بتصحيح الأخطاء جزءًا من العمليات السهلة بتكلفة منخفضة نسبيًا، لكنه يحتاج أيضًا إلى العمليات “الصعبة” كي يصبح قادرًا على الحوسبة الشاملة. وإحدى الطرق لذلك هي تحضير حالات مساعدة خاصة مسبقًا، وهي بالضبط الحالات السحرية. وجاء الاسم من أنها هي التي تسمح بتجاوز الحدود التي يمكن محاكاتها على حاسوب عادي.

المشكلة أنها مكلفة وأحادية الاستخدام: كل حالة سحرية لا يمكن استهلاكها إلا مرة واحدة. وبحسب التقديرات التي أوردتها Google، قد يستهلك إنتاجها ما يصل إلى 95% من قدرة الحاسوب الكمومي. ويكتب الفريق أن عنق الزجاجة هذا كان متوقعًا منذ عام 2004، وأن البحث عن طريقة لتوسيعه مستمر منذ نحو 20 عامًا.

كيف تعمل “زراعة” الحالات السحرية؟

وصف النظرية في عام 2024 كلٌّ من Craig Gidney وNoah Shutty وCody Jones في ورقة “Magic state cultivation: growing T states as cheap as CNOT gates”. وهي تعمل كمرشّح:

  1. تُدخَل حالة مشوّشة إلى منطقة صغيرة من الشريحة،
  2. تفحصها سلسلة من القياسات المنسّقة بحثًا عن الأخطاء وتستبعد المحاولات الفاشلة،
  3. الحالة التي تصمد “تُزرع”، أي تُنمّى حتى تصل إلى شكل نقي جدًا يمكن نقله إلى كود أكبر.

والطريف أن الطريق من النظرية إلى العتاد لم يكن سهلًا. فبحسب Google، فإن البيانات الأولى من تجربة Emma Rosenfeld “بدت وكأنها تخالف قوانين الفيزياء”. وبعد أشهر من العمل تبيّن أن السبب افتراض خاطئ في طريقة القياس التي كان الفريق يستخدمها عادةً. ويكتب ScienceAlert أن المشكلة حُلّت بتقنية جديدة تُعرف باسم “kickback tomography”.

هل هناك أي مشكلة؟

للمرشّح ثمن. ففي أكثر الجولات صرامةً لم يتبقَّ سوى نحو 8% من المحاولات، واستُبعد الباقي. كما أن نقل الحالة إلى كود أكبر أضاف أخطاء جديدة لا يزال على الفريق التعامل معها.

وتشير Google نفسها إلى أن الطريقة يجب أن تُثبَت على نطاق أوسع قبل أن تصبح مفيدة في الحسابات العملية. ويذكّر Decrypt بأن كسر RSA-2048 يتطلب حالات سحرية بخطأ في حدود 1 من 10 مليارات، أي أنقى بنحو مليون مرة مما في هذه التجربة. لذا لا يزال “Q-day” بعيدًا.

ما الذي يغيّره هذا بالنسبة إلى التشفير؟

حتى الآن، القليل. قال Alex Pruden من Project Eleven لموقع The Block إن النتيجة لا تغيّر بالضرورة توقعات Q-day، لأن تقديرات الموارد السابقة كانت تفترض هذه التقنية أصلًا. وفي رأيه، تؤكد التجربة هذه الافتراضات، فتصبح التوقعات الحالية أكثر موثوقية. أما Nic Carter من Castle Island Ventures فقال إنه “لا يوجد تهديد مباشر”.

إنها نتيجة كبيرة أخرى من العالم الكمومي في الأيام الأخيرة. فقد كتبت مؤخرًا عن كيف صمّم Claude دوائر كمومية ببوابات أقل حتى 17 مرة. الدوائر الأفضل والحالات السحرية الأرخص وجهان للمشكلة نفسها: كيف نُدخل حسابات مفيدة في عتاد محدود.

FAQ

ما هو Google Willow؟

هو معالج كمومي من Google Quantum AI. وفي تجربة زراعة الحالات السحرية استُخدم 54 من أصل 105 كيوبتات فيه كحد أقصى.

هل يستطيع Google Willow كسر التشفير الآن؟

لا. فكسر RSA-2048 يتطلب حالات سحرية أنقى بنحو مليون مرة مما في هذه التجربة، وآلة أكبر بكثير.

أين يمكن قراءة البحث عن الحالات السحرية؟

نُشرت نتائج التجربة في Science، أما نظرية 2024 فعلى arXiv.