قد نعرف أخيرًا كيفية استخدام أجهزة الكمبيوتر الكمومية لتعزيز الذكاء الاصطناعي

قد تتمكن أجهزة الكمبيوتر الكمومية في النهاية من التعامل مع بعض تطبيقات الذكاء الاصطناعي التي تتطلب حاليًا كميات هائلة من قوة الحوسبة التقليدية. سيكون مثل هذا التطور بمثابة دفعة كبيرة للتعلم الآلي وخوارزميات الذكاء الاصطناعي المماثلة.

تحمل أجهزة الكمبيوتر الكمومية وعدًا بالقدرة في نهاية المطاف على إكمال بعض العمليات الحسابية التي تكون مستحيلة بالنسبة لأجهزة الكمبيوتر التقليدية. لسنوات عديدة، ظل الباحثون يناقشون ما إذا كانت هذه المزايا مقارنة بأجهزة الكمبيوتر التقليدية تمتد إلى المهام التي تتضمن الكثير من البيانات، والخوارزميات التي تتعلم منها – أو بعبارة أخرى، التعلم الآلي الذي يقوم عليه العديد من برامج الذكاء الاصطناعي.

الآن، يرى هسين يوان هوانج، من شركة الحوسبة الكمومية Oratomic وزملاؤه، أن الإجابة يجب أن تكون “نعم”. يهدف عملهم الرياضي إلى وضع الأسس لمستقبل تقدم فيه أجهزة الكمبيوتر الكمومية دفعة واسعة للذكاء الاصطناعي.

يقول: “يتم استخدام التعلم الآلي حقًا في كل مكان في العلوم والتكنولوجيا وكذلك في الحياة اليومية. في عالم حيث يمكننا بناء بنية (الحوسبة الكمومية)، أشعر أنه يمكن تطبيقها عندما تكون هناك مجموعات بيانات ضخمة متاحة”.

يتناول عمل فريقه السؤال الرئيسي حول كيفية إدخال البيانات التي تم جمعها في العالم غير الكمي، مثل مراجعات المطاعم أو نتائج تسلسل الحمض النووي الريبوزي (RNA)، في الكمبيوتر الكمي بطريقة يمكن من خلالها الاستفادة من الكم للكمبيوتر لمعالجة البيانات والتعلم منها بكفاءة أكبر.

وهذا يتطلب وضع جميع البيانات في “حالة التراكب”، وهي مجموعة رياضية لا يمكن إنشاؤها في آلات غير كمومية. لكن حتى الآن، اعتقد الباحثون أن أداء هذه المهمة سيكون غير عملي. وذلك لأنهم افترضوا أن جميع البيانات الموجودة في حالة التراكب هذه يجب أن يتم حفظها في أجهزة ذاكرة مخصصة قبل معالجتها بواسطة الكمبيوتر الكمي، ولكن يجب أن تكون أجهزة الذاكرة هذه كبيرة بشكل مستحيل، كما يقول عضو الفريق هايمينج تشاو في معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا.

اتخذ هوانغ وزملاؤه نهجًا مختلفًا لا يتطلب مثل هذه الذكريات. ويتضمن إدخال البيانات إلى الكمبيوتر الكمي على دفعات أصغر، دون الحاجة إلى حفظها كلها قبل البدء في معالجتها، على غرار بث فيلم بدلاً من تنزيله بالكامل قبل مشاهدته.

لقد أظهروا ليس فقط أن هذا النهج يمكن أن ينجح، بل أنه سيسمح للكمبيوتر الكمي بمعالجة المزيد من البيانات بتكلفة ذاكرة أقل من أي كمبيوتر تقليدي.

يقول تشاو إن ميزة الذاكرة كبيرة جدًا، في الواقع، لدرجة أن الكمبيوتر الكمي المصنوع من حوالي 300 وحدة بناء مقاومة للخطأ تسمى الكيوبتات المنطقية، سيتفوق في الأداء على جهاز كمبيوتر كلاسيكي تم بناؤه باستخدام كل ذرة في الكون المرئي.

ربما نكون على بعد سنوات عديدة من بناء حواسيب كمومية ذات 300 كيوبت منطقي، لكن هوانج يقول إنه من الممكن بناء حاسوب ذو 60 كيوبت منطقي بحلول نهاية العقد. يشير تحليل الفريق إلى أنه بهذا الحجم، ستكون هناك بالفعل ميزة كمية ملحوظة على أجهزة الكمبيوتر الكلاسيكية في بعض المهام التي تتضمن معالجة مجموعات كبيرة من البيانات والتي يتم استخدام الذكاء الاصطناعي فيها.

يقول أدريان بيريز ساليناس، من ETH زيوريخ في سويسرا: “الآلة الكمومية هي جهاز قوي جدًا، ولكنك تحتاج إلى تغذيتها أولاً. تتحدث هذه الدراسة عن التغذية وكيف يكفي تحميل (البيانات) شيئًا فشيئًا، دون الإفراط في تغذية الوحش”.

ومع ذلك، فهو يقول إن العديد من الأسئلة حول تطبيق العمل الجديد على الأجهزة الفعلية وبيانات العالم الحقيقي لا تزال بحاجة إلى الإجابة عليها. تبين في نهاية المطاف أن العديد من خوارزميات التعلم الآلي الكمومية السابقة قابلة لـ “إزالة الكمية”، وهي عملية يتم فيها تكييف الخوارزميات بحيث لا تحتاج إلى أي أجهزة كمومية مع الحفاظ على أدائها الممتاز. وسيكون من المهم دراسة مدى أهمية الكم بالنسبة لهذه الخوارزمية الجديدة أيضًا، كما يقول بيريز ساليناس.

يقول فيدران دونجكو من جامعة ليدن في هولندا إن العمل الجديد يمكن أن يكون تطابقًا جيدًا للتجارب العلمية الكبيرة مثل مصادم الهادرونات الكبير حيث يتم إنشاء ملايين الجيجابايت من البيانات بشكل مستمر، ولكن يتم التخلص من معظمها بسبب عدم كفاية ذاكرة الكمبيوتر.

ولكن من المحتمل أن بعض تطبيقات الذكاء الاصطناعي الحالية والأنواع المماثلة من معالجة البيانات هي فقط التي ستكون قابلة للتعامل معها باستخدام كمبيوتر كمي بدلاً من مركز بيانات مليء بالخوادم التقليدية، كما يقول. يقول دونجكو: “هذا ليس غالبية ما تعمل وحدات معالجة الرسومات على تسخين الكوكب من أجله، لكنه قد يظل مهمًا”.

يعمل الباحثون الآن على توسيع نوع الخوارزميات التي يمكن أن تكون طريقتهم مفيدة لها واستنباط طرق جديدة لتكوين أجهزة الكمبيوتر الكمومية التي من شأنها أن تجعلها سريعة بما فيه الكفاية للتعامل مع البيانات ليس فقط مع ذاكرة قليلة جدًا ولكن في فترة زمنية عملية.