شارك
الرئيسية
3 دقائق 
طور علماء من مختبر علوم الحاسوب والذكاء الاصطناعي (CSAIL) التابع لمعهد إم آي تي لغة برمجة جديدة خاصة بالحوسبة الكمومية أطلقوا عليها اسم تويست (Twist). يمكن بواسطة هذه اللغة وصف أجزاء البيانات المتشابكة في برنامج كمومي والتحقق منها، ويستطيع أي مبرمج أن يفهمها ويتعامل معها.
الحواسيب الكمومية هي حواسيب تستخدم خصائص فيزياء الكم لتخزين البيانات وإجراء العمليات الحسابية. يمكن لهذه الحواسيب أن تكون مفيدة للغاية بسبب قدراتها التي تتفوق على أي حاسوب تقليدي. تقوم الحواسيب التقليدية بترميز المعلومات على شكل “بت” ثنائي، يمكن أن تكون قيمته إما 0 أو 1. لكن في الحاسوب الكمومي، تكون الوحدة الأساسية للذاكرة هي بت كمي أو كيوبت.
يمكن ربط الكيوبتات ببعضها بعضاً من خلال ظاهرة تعرف باسم التشابك الكمومي (Quantum Entanglement). والنتيجة هي أن كل كيوبت يمكن أن يمثل عدة قيم في وقت واحد.
هذه الخاصية تمنح الحواسيب الكمومية قدرة على معالجة كمية كبيرة من المعلومات بسرعة، لكنها لا تخلو من العيوب. فحين يحدث التشابك الكمومي، أي عندما يتشابك اثنان من الكيوبت، يمكن أن يؤدي أي تغيّر في أي منهما إلى تغيّر الآخر، حتى عندما يتم فصلهما مادياً عن بعضهما، هذه الميزة هي التي تمنح الحواسيب الكمومية قدرة حوسبة فائقة. لكنها في نفس الوقت تعتبر نقطة ضعف. فعند البرمجة، يمكن أن يؤدي حذف كيوبت واحد عن طريق الخطأ إلى تغير في الكيوبت المتشابك معه، وقد يتسبب ذلك في أخطاء برمجية كبيرة تعرض عمل الحاسوب للخطر.
اقرأ أيضاً:
لغة البرمجة تويست
يقول تشارلز يوان، وهو طالب دكتوراه في الهندسة الكهربائية وعلوم الحاسوب في إم آي تي والمؤلف الرئيسي لورقة بحثية حول لغة تويست: “نظراً لأن فهم البرامج الكمومية يتطلب فهم التشابك الكمومي، نأمل أن تمهد لغة تويست الطريق للغات أخرى تجعل الحوسبة الكمومية في متناول المبرمجين”.
أعد يوان الورقة البحثية جنباً إلى جنب مع كريستوفر ماكنالي، وهو طالب دكتوراه في الهندسة الكهربائية وعلوم الكمبيوتر التابع لمختبر أبحاث إم آي تي، بالإضافة إلى مايكل كاربين، الأستاذ المساعد في إم آي تي. وقدموا ورقتهم البحثية في ندوة حول مبادئ البرمجة في ولاية فيلادلفيا الأميركية.
في الورقة البحثية، ركز الباحثون على النقاط التالية:
- تمكّن لغات البرمجة الكمومية المطورين من إنشاء خوارزميات مخصصة للحواسيب الكمومية التي تعدنا باختراقات تستعصي على الحواسيب التقليدية، فالحواسيب الكمومية لا يمكن برمجتها إلا إذا تمكن المبرمجون من إدراك التشابكات الكمومية.
- تقدم تويست، التي تعتبر لغة البرمجة الأولى للحواسيب الكمومية، طريقة للتحقق وفهم التشابك الكمومي وتجنب الأخطاء.
- يتم تقييم نتائج استخدام هذه اللغة، وتشير النتائج التي تم الحصول عليها حتى الآن إلى أنها مفيدة في اكتشاف أخطاء البرمجة وتوفير حلول لا توفرها لغات البرمجة التقليدية.
اقرأ أيضاً: جوجل تُسهل تطوير تطبيقات التعلم الآلي الكمومية
لغة برمجة الحوسبة الكمومية
الحوسبة الكمومية أكثر تعقيداً من الحوسبة التقليدية. ومع ذلك، تماماً مثل أي حاسوب تقليدي متوفر اليوم، تحتاج الحواسيب الكمومية أيضاً إلى لغة برمجة للسماح للمطورين بالاستفادة من قدراتها. يمكن أن تساعد لغات البرمجة الكمومية الصحيحة في تطوير الحواسيب الكمومية التجريبية وجعلها قابلة للاستخدام في مجالات عملية.
لغات البرمجة التقليدية ليست مفيدة في برمجة الحواسيب الكمومية والتحكم فيها بشكلٍ جيد مع تلافي الأخطاء التي قد تواجه المبرمجين، وهذا ما استدعى العلماء إلى إنشاء لغة تويست.
يقول علماء إم آي تي أن لغة تويست يمكن أن تصف أجزاء البيانات المتشابكة في برنامج كمومي وتتحقق منها. وهي لغة سهلة يستطيع أي مبرمج عادي فهمها.
من خلال هذه اللغة الجديدة، ازداد وقت تشغيل البرامج التي تعمل على حاسوب كمومي بنسبة 4% فقط. لكن قدرة اللغة على اكتشاف الأخطاء تلقائياً ستجعلها مفيدة للغاية وتوفر الكثير من الوقت على المبرمجين. ما يساعد في سد الفجوة بين الحوسبة التقليدية والحوسبة الكمومية، مع بقاء عملية البرمجة بسيطة ومفهومة للمطورين العاديين.
اقرأ أيضاً: هل تم إحراز قفزة إلى الأمام في التشفير المقاوِم للحوسبة الكمومية؟
إدراك التشابك الكمومي
تخيل صندوقاً يخرج منه ألف كابل، ويمكن سحب أي كابل خارج الصندوق أو دفعه للداخل. هذه الكابلات يمكن أن تمثل البتات، أي الأصفار والآحاد في الحاسوب التقليدي، ويمثل هذا الصندوق ذاكرة الحاسوب. بذلك يكون برنامج هذا الحاسوب عبارة عن سلسلة من التعليمات حول وقت وكيفية سحب الكابلات وإدخالها.
تخيل الآن صندوقاً ثانياً. لكن في كل مرة تشد فيها الكابل، يتم سحب كابلين آخرين. ستعرف على الفور أن هذه الكابلات متشابكة مع بعضها بعضاً داخل الصندوق. لذلك، سيكون من الضروري فهم التشابكات الموجودة من أجل البرمجة الصحيحة.
لكن اكتشاف التشابك ليس بالأمر السهل، إذ لا يمكنك رؤية ما في الصندوق، لذا فإن أفضل ما يمكنك فعله هو محاولة سحب الكابلات وتحديد تشابكاتها.
بالطريقة نفسها، يتعين على مبرمجي الحواسيب الكمومية اليوم إدراك ومعرفة التشابك بأنفسهم وبشكلٍ يدوي. هذا أمر صعب للغاية ويجعل استغلال الحواسيب الكمومية غير مجدٍ عملياً، لكن العلماء طوروا لغة تويست التي يمكن استخدامها لتحديد التشابكات وتجنب الأخطاء تلقائياً.
لا نعلم ما إذا كانت لغة تويست سوف تساعد المبرمجين بشكلٍ فعال على تجنب الأخطاء في الحواسيب الكمومية، لكن إذا تم تحقيق ذلك، فإنها بكل تأكيد ستشكل نقلة نوعية نحو جعل الحواسيب الكمومية متاحة للاستخدام في الكثير من المجالات. وبالأخص مجالات البحث العلمي حيث يحتاج العلماء إلى معالجة كميات هائلة جداً من البيانات.