أمين عام مجلس أبحاث التكنولوجيا المتطورة لـ «البيان»:
البناي: أبوظبي تدخل سباق كمبيوترات الكوانتوم
أكّد فيصل البناي، الأمين العام لمجلس أبحاث التكنولوجيا المتطورة، أن معهد الابتكار التكنولوجي التابع للمجلس يعمل حالياً على بناء النماذج الأولية الأولى لكمبيوترات الكوانتوم في الإمارات، متوقعاً أن ينجح المعهد، ومقره أبوظبي، في طباعة شرائح الكوانتوم الخاصة به ومعايرتها في أوائل العام المقبل، وذلك استعداداً للمنافسة القوية لدخول السباق العالمي لبناء كمبيوترات الكوانتوم والتي من المتوقع أن تبدأ بحلول 2023.
وأوضح البناي، في حوار خاص مع «البيان»، أن أجهزة كمبيوتر الكوانتوم ستشكل في المستقبل القريب داعماً في مختلف المجالات، بدءاً من اكتشاف الأدوية الجديدة وتصميمها، وصولاً إلى صنع مواد جديدة وتصميم بطاريات أفضل. كما يمكن استخدامها في العديد من تطبيقات الذكاء الاصطناعي والتعلم الآلي، إضافة إلى الخدمات اللوجستية والتمويل، وغيرها، لافتاً إلى أن المعهد يخطط للوصول إلى مختبر قابل لتشغيل بيئات الكوانتوم بحلول الربع الأخير من عام 2021. وفيما يلي نص الحوار:
تكنولوجيا
لماذا قرر المعهد بناء كمبيوتر يعتمد تكنولوجيا الكوانتوم؟
يعد كمبيوتر الكوانتوم تكنولوجيا هامة وعميقة تضمن سيادة أي دولة والإمارات تعد أول دولة في المنطقة تستخدم هذه التكنولوجيا الجديدة. إن وجود كمبيوتر كوانتوم قوي سيؤدي إلى كسر بروتوكولات التشفير الحالية، لذا يجب عدم مشاركته بين الدول أو الشركات ويجب أن يتم صناعته بطريقة تحقق الاكتفاء الذاتي. ويتمثل أحد الأهداف الرئيسية لمركز بحوث الكوانتوم التابع للمعهد في بناء وتشغيل أول كمبيوتر كوانتوم في الإمارات. وسيبني المركز كمبيوتر الكوانتوم في أبوظبي بالتعاون مع باحثين دوليين. ويعمل باحثونا على أحدث التقنيات العلمية، وتشكّل حوسبة الكوانتوم أحدث عصور الحوسبة وسينتج عنها زيادة هائلة في قدرة معالجة أجهزة الكمبيوتر لحسابات معينة، وسيكون لها عدة تطبيقات في مختلف المجالات، ونريد المشاركة في هذه الثورة التكنولوجية.
اختلافات
ما الفارق بين أجهزة الكمبيوتر التقليدية وكمبيوتر الكوانتوم؟
تختلف أجهزة الكمبيوتر التي تعتمد تكنولوجيا الكوانتوم عن أجهزة الكمبيوتر التقليدية أو الكلاسيكية، إذ يمتلك كمبيوتر الكوانتوم قدرات معالجة أقوى يمكنها دعم إجراء عمليات حسابية معقدة وحل مشكلات صعبة قد يستغرق حلها وقتاً أطول بكثير حتى لو استُخدمت أقوى أجهزة الكمبيوتر الفائقة الكلاسيكية في العالم.
ويمكن لكمبيوتر الكوانتوم التفوق على أجهزة الكمبيوتر التقليدية أو الكلاسيكية لأنه يستخدم القوانين الأساسية لميكانيكا الكوانتوم (ميكانيكا الكم) في إجراء حساباته. ويستخدم كمبيوتر الكوانتوم ظواهر علم الكوانتوم مثل «تراكب» و«تشابك» الجسيمات دون الذرية، مثل الإلكترونات أو الفوتونات.
ويعد «التراكب» ظاهرة في علم الكوانتوم، حيث يمكن لجسيم دون ذري، مثل الإلكترون، التواجد في أكثر من حالة بنفس الوقت، وتُعرف ظاهرة الكوانتوم الأخرى باسم «التشابك»، حيث تظل الجسيمات متصلة ببعضها بغض النظر عن المسافة المادية التي تفصل بينها. وتُستخدم ظاهرتا «التراكب» و«التشابك» لتوليد الجسيمات دون الذرية والتحكم بها.
آلية العمل
كيف يعمل كمبيوتر الكوانتوم؟
يختلف كمبيوتر الكوانتوم تماماً كآلة عن الكمبيوتر التقليدي، إذ يعمل بطريقة مختلفة تماماً، وبينما تستخدم أجهزة الكمبيوتر التقليدية الـ «بت» لمعالجة المعلومات، يستخدم كمبيوتر الكوانتوم «الكوانتوم بت»، المعروفة باسم «كيوبت». كما يجب أن تظل «الكيوبتات» فائقة التوصيل المستخدمة في أجهزة كمبيوتر الكوانتوم على درجات حرارة منخفضة جداً قريبة من الصفر المطلق (أي ما يعادل 273.15 درجة مئوية تحت الصفر) لأن درجات الحرارة الأعلى من ذلك قد تتسبب بحالات خلل.
تعاون
من سيبني كمبيوتر الكوانتوم؟
فريق من الباحثين لدى مركز بحوث الكوانتوم التابع للمعهد، بقيادة كبير الباحثين في المركز البروفيسور خوسيه إغناسيو لاتوري، سيبني كمبيوتر الكوانتوم في أبوظبي بالتعاون مع باحثين من حول العالم. سيكون تعاوننا مكثفاً إلى حد بعيد، إذ سنشارك التصميمات وكل أشكال الخبرات لمدة ثلاث سنوات تقريباً. ويقود الباحث كارستن أندرو لوتكن إحدى خطوط الأبحاث الستة في مركز بحوث الكوانتوم وهو المسؤول عن مختبر حوسبة الكوانتوم وعن تشغيل كمبيوتر الكوانتوم؛ بينما يقود ستيفانو كاراتزا خطاً بحثياً ثانياً يتمثل في برمجة كل البرامج الوسيطة، أو برامج الكمبيوتر، اللازمة لتشغيل كمبيوتر الكوانتوم.
إتمام البناء
متى تتوقعون إتمام بناء كمبيوتر الكوانتوم؟
نعمل على بناء النماذج الأولية الأولى لكمبيوترات الكوانتوم في الإمارات. يجري بناء كمبيوتر الكوانتوم باستخدام دوائر كهربائية فائقة التوصيل تعمل في درجة حرارة تقارب الصفر المطلق. ويتطلب بناء كمبيوتر الكوانتوم عدة خطوات تشمل تصميم الشرائح، والتصنيع، والتوصيف، والمعايرة، والتشغيل. وتتضمن المرافق اللازمة لتنفيذ هذا العمل، برامج متقدمة لتطوير التصميم، وغرفة الأبحاث لتصنيع الكيوبتات، ومختبراً مجهزاً بثلاجات التمديد للتحكم في التيارات فائقة التوصيل على الشريحة. وستبدأ المختبرات في الإمارات بالإنتاج خلال خريف العام الحالي. تشهد كل هذه الجهود تقدماً مستمراً وتجري في مسارها الصحيح. وسوف نقوم بعد ذلك بتحضير أول كيوبتات خاصة بنا ثم توصيفها ومعايرتها، وذلك بالتعاون مع باحثين دوليين. ونتوقع أن نبدأ بمعايرة كيوبتات بسيطة في أوائل فصل الخريف القادم، وسيتم إنتاج سلسلة من شرائح الكوانتوم المحسنة والأكبر حجماً خلال 2022. كما أننا نخطط للوصول إلى مختبر قابل للتشغيل بحلول الربع الأخير من 2021. وسيتم تأسيس غرفة أبحاث قابلة للتشغيل في نهاية العام الحالي. وستتوفر أولى الشرائح المصنوعة من خلال جهود التعاون الدولية خلال خريف 2021. وسيتم طباعة شرائح الكوانتوم الخاصة بنا ومعايرتها أوائل 2022. ومن المتوقع أن يدخل السباق العالمي لبناء كمبيوترات الكوانتوم مرحلة منافسة شديدة بحلول 2023.
كُلفة
ما هي الكُلفة التقديرية لبناء وتجهيز كمبيوتر الكوانتوم؟
قد تصل التكلفة إلى 20 مليون دولار ككلفة أولية لبناء مختبر حديث ومرافق متعلقة به مثل غرف الأبحاث وورش العمل والمجاهر اللازمة. لكن تعد مشاركة المواهب والعلماء المناسبين لتطوير شرائح كمبيوتر الكوانتوم أهم من كل ما سبق. وقد تبلغ التكلفة الإجمالية لبناء كمبيوتر الكوانتوم أقل مما قدّره الناس، لكن يجب مراعاة التكاليف المتعلقة بصيانة كمبيوتر الكوانتوم لأن هذه الأجهزة تحتاج إلى صيانة كاملة بشكل منتظم.
كما يصعب الحفاظ على حالات الكوانتوم، ما يعني أن أجهزة كمبيوتر الكوانتوم قد تعاني مما يسمى «فقدان الترابط» أو «فك الترابط». وقد يحدث ذلك بسبب عدة عوامل، منها تقلبات درجة حرارة البيئة المحيطة، أو الاهتزازات، أو عوامل أخرى. يؤدي ذلك إلى فقدان حالة الكوانتوم في الكمبيوتر. لذلك، نحتاج إلى الحفاظ على ترابط الكوانتوم وعمل الكيوبتات فائقة التوصيل عند درجة حرارة تقارب 273 درجة مئوية تحت الصفر. وتلك العملية ليست سهلة.
مشاكل
ما المشاكل التي يمكن لحوسبة الكوانتوم المساهمة بحلها يوماً ما؟
ستساعدنا أجهزة كمبيوتر الكوانتوم في مختلف المجالات، بدءاً من اكتشاف الأدوية الجديدة وتصميمها، وصولاً إلى صنع مواد جديدة وتصميم بطاريات أفضل. كما يمكن استخدامها في العديد من تطبيقات الذكاء الاصطناعي والتعلم الآلي، إضافة إلى الخدمات اللوجستية والتمويل، ولديها عدة تطبيقات أخرى أيضاً. وقد يكون لأجهزة كمبيوتر الكوانتوم تطبيقات مفيدة جداً كذلك في مجالات الأمن السيبراني والتشفير، فالتشفير المستخدم حالياً لحماية وتأمين البنية التحتية الحيوية للمجتمعات معرضة لخطر حقيقي مع بروز حوسبة الكوانتوم. لذا، نحتاج بالضرورة إلى الانخراط في مجال حوسبة الكوانتوم لحماية أنفسنا من تلك المخاطر.
اختراقات
ما الذي يصعِّب اختراق كمبيوتر الكوانتوم؟ هل يمكن لهذه الأجهزة التنبؤ بالتهديدات السيبرانية؟
تسهم أجهزة كمبيوتر الكوانتوم بحل بعض المشاكل، بما فيها التشفير والأمن السيبراني. لكن لسوء الحظ، يمكن أيضاً استخدام أجهزة كمبيوتر الكوانتوم لأغراض خبيثة، أو ما يُعرف باسم «قرصنة الكوانتوم» فيحاول المقرصنون كسر بروتوكولات التشفير التي تحمي البيانات السرية باستخدام ما يسمى «المفتاح الخاص»، وهو رقم يُستخدم لفك تشفير البيانات. بينما تعد تلك البروتوكولات فعالة حالياً، قد تقوضها قدرات حوسبة الكوانتوم لأنها تتمتع بقوة معالجة وسرعة أعلى بكثير. وهذا ما يسميه الخبراء «تهديد الكوانتوم».
مركز رائد
يتمتع مجلس أبحاث التكنولوجيا المتطورة بشخصية اعتبارية مستقلة، كما يتمتع بالأهلية القانونية الكاملة للتصرف، ويتبع مكتب أبوظبي التنفيذي. أما معهد الابتكار التكنولوجي، ذراع البحوث التطبيقية التابع للمجلس، فيُعد مركزاً عالمياً رائداً للبحث والتطوير يركز على البحوث التطبيقية وفرص التكنولوجيا العصرية مثل حوسبة الكوانتوم. وإلى جانب مركز بحوث الكوانتوم، يمتلك المعهد ستة مراكز بحثية أخرى مخصصة لمجالات الروبوتات المستقلة والتشفير والمواد المتقدمة والأمن الرقمي والطاقة الموجهة والأنظمة الآمنة.
وستطور بحوث مراكز المعهد المجالات ذات الأهمية الوطنية، والتكنولوجيا التي تطورها لم يتم اختيارها عشوائياً؛ بل اختيرت بسبب حالات استخدامها العملية وتغطيتها لمختلف القطاعات.
