الحوسبة الكمومية المضادة للواقع

📅 آخر تحديث: ٣١ يوليو ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ٣١ يوليو ٢٠٢٦
الموسوعة الحرة

الحوسبة الكمومية المضادة للواقع هي طريقة لاستنتاج نتيجة عملية حسابية دون تشغيل جهاز كمبيوتر كمومي قادر على أداء تلك العملية الحسابية بشكل فعال.

الأصل المفاهيمي

قدم الفيزيائيان غرايم ميتشيسون وريتشارد جوزسا مفهوم الحوسبة المضادة للواقع [ 1 ] كتطبيق للحوسبة الكمومية، استنادًا إلى مفاهيم التحديد المضاد للواقع ، وإعادة تفسير تجربة إليتزور-فيدمان الفكرية لاختبار القنبلة، والاستفادة النظرية من ظاهرة القياس الخالي من التفاعل .

بعد مشاهدة محاضرة عن الحساب المضاد للواقع قدمها جوزسا في معهد إسحاق نيوتن ، نشر كيث بودن من وحدة أبحاث الفيزياء النظرية في كلية بيركبيك، جامعة لندن، ورقة بحثية [ 2 ] في عام 1997 تصف جهاز كمبيوتر رقمي يمكن استجوابه بشكل مضاد للواقع لحساب ما إذا كان شعاع الضوء سيفشل في المرور عبر متاهة [ 3 ] كمثال على هذه الفكرة.

في الآونة الأخيرة، تم اقتراح فكرة الاتصال الكمومي المضاد للواقع وإثباتها. [ 4 ]

ملخص المنهج

يمكن تنفيذ الحاسوب الكمومي فيزيائيًا بطرقٍ متعددة [ 5 ] ، ولكن حتى الآن، يعتمد الجهاز الشائع على مقياس تداخل ماخ-زيندر . يُضبط الحاسوب الكمومي في حالة تراكب بين حالتي "عدم التشغيل" و"التشغيل" باستخدام وسائل مثل تأثير زينو الكمومي . تتداخل مسارات هذه الحالات كموميًا . بعد تكرارات عديدة من القياسات الإسقاطية السريعة جدًا، تتطور حالة "عدم التشغيل" إلى قيمة نهائية تُطبع في خصائص الحاسوب الكمومي. يسمح قياس هذه القيمة بمعرفة نتيجة بعض أنواع العمليات الحسابية [ 6 ] مثل خوارزمية غروفر، حتى وإن كانت النتيجة مستمدة من حالة عدم التشغيل للحاسوب الكمومي.

تعريف

تنص الصيغة الأصلية [ 1 ] للحوسبة الكمومية المضادة للواقع على أن مجموعة m من نتائج القياس هي نتيجة مضادة للواقع إذا كان هناك تاريخ واحد فقط مرتبط بـ m وأن هذا التاريخ يحتوي فقط على حالات "إيقاف التشغيل" (غير قيد التشغيل)، وأن هناك مخرج حسابي واحد ممكن فقط مرتبط بـ m .

يُعرَّف الحساب المضاد للواقع [ 7 ] تعريفًا دقيقًا ، مُعبَّرًا عنه بالإجراءات والشروط، على النحو التالي: (أ) تحديد جميع المسارات (المسارات الكمومية) ووضع علامات عليها، مع استخدام العدد اللازم من العلامات، والتي تؤدي إلى نفس مجموعة نتائج القياس m ، و(ب) دمج جميع المسارات الممكنة بشكل متسق. (ج) بعد حذف الحدود (إن وُجدت) التي يكون مجموع سعاتها المركبة صفرًا، تُعتبر مجموعة نتائج القياس m نتيجة مضادة للواقع إذا: (د) لم يتبقَّ أي حدود تحمل علامة تشغيل الحاسوب في علامات مساراتها، و(هـ) لم يكن هناك سوى مُخرَج حاسوبي واحد مُحتمل مرتبط بـ m .

مصفوفة المرآة

في عام ١٩٩٧، وبعد مناقشات مع أبنر شيموني وريتشارد جوزسا، واستلهامًا من فكرة جهاز اختبار القنابل إليتزور-فايدمان (١٩٩٣)، نشر كيث بودن (كلية بيركبيك) ورقة بحثية [ ٢ ] تصف حاسوبًا رقميًا يمكن استجوابه افتراضيًا لحساب ما إذا كان الفوتون سيفشل في المرور عبر متاهة من المرايا. [ ٣ ] تحل مصفوفة المرايا هذه محل القنبلة التجريبية في جهاز إليتزور وفايدمان (وهو في الواقع مقياس تداخل ماخ-زيندر). في ربع الحالات، سيخرج فوتون من الجهاز بطريقة تشير إلى أن المتاهة غير قابلة للمرور، حتى وإن لم يمر الفوتون عبر مصفوفة المرايا. تُصمم مصفوفة المرايا بحيث تُحدد بمصفوفة بتات من الرتبة n × n . ويُحدد الناتج (فشل أو نجاح) ببت واحد. وبالتالي، فإن مصفوفة المرايا نفسها عبارة عن حاسوب رقمي ذي n- تربيع بت إدخال، 1 بت إخراج، يقوم بحساب المتاهات ويمكن تشغيله في ظروف افتراضية. على الرغم من أن الجهاز ككل هو حاسوب كمي، إلا أن الجزء الذي يتم اختباره في ظروف افتراضية هو شبه كلاسيكي.

عرض تجريبي

في عام 2015، تم إثبات الحوسبة الكمومية المضادة للواقع في سياق تجريبي لـ "دوران مركز لوني سالب الشحنة من النيتروجين والفراغ في الماس". [ 8 ] وقد تم تجاوز الحدود التي كانت متوقعة سابقًا للكفاءة، حيث بلغت كفاءة الحوسبة المضادة للواقع 85%، مع كفاءة أعلى من المتوقع من حيث المبدأ. [ 9 ]

مراجع

  1. 1 2 ميتشيسون، غرايم؛ جوزسا، ريتشارد (8 مايو 2001). "الحوسبة المضادة للواقع". وقائع الجمعية الملكية في لندن أ . 457 (2009): 1175-1193 . arXiv : quant-ph/9907007 . Bibcode : 2001RSPSA.457.1175M . CiteSeerX : 10.1.1.251.9270 . doi : 10.1098/rspa.2000.0714 . S2CID : 16208575 .  
  2. 1 2 باودن، كيث ج، "يمكن أن تكون الحوسبة الكلاسيكية مضادة للواقع"، في الجوانب 1، وقائع ANPA19، كامبريدج 1997 (نُشر في مايو 1999)، ISBN 0-9526215-3-3
  3. 1 2 باودن، كيث (15 مارس 1997). "هل تستطيع قطة شرودنغر انهيار الدالة الموجية؟" . مؤرشف من الأصل في 16 أكتوبر 2007. تم الاطلاع عليه في 8 ديسمبر 2007 .(النسخة الأصلية من "الحوسبة الكلاسيكية يمكن أن تكون افتراضية")
  4. ↑ ليو واي وآخرون (2012) "إثبات تجريبي للاتصال الكمي المضاد للواقع". مجلة Physical Review Letters 109:030501
  5. ↑ هوستن، أونور؛ راخر، ماثيو ت.؛ باريرو، خوليو ت.؛ بيترز، نيكولاس أ.؛ كويات، بول ج. (14 ديسمبر 2005). "الحوسبة الكمومية المضادة للواقع من خلال الاستجواب الكمومي". مجلة نيتشر . 439 (7079): 949-952 . Bibcode : 2006Natur.439..949H . doi : 10.1038/nature04523 . PMID 16495993. S2CID 3042464 .  
  6. ↑ ميتشيسون، غرايم؛ جوزسا، ريتشارد (1 فبراير 2008). "حدود الحوسبة المضادة للواقع". arXiv : quant-ph/0606092 .
  7. ↑ هوستن، أونور؛ راخر، ماثيو ت.؛ باريرو، خوليو ت.؛ بيترز، نيكولاس أ.؛ كويات، بول (26 يونيو 2006). "إعادة النظر في الحوسبة المضادة للواقع". arXiv : quant-ph/0607101 .
  8. ^ كونغ، فاي؛ جو، تشينيونغ؛ هوانغ، بو؛ وانغ، بنغفي. كونغ، شي؛ شي، فزان؛ جيانغ، ليانغ؛ دو ، جيانغفنغ (21 أغسطس 2015). “الإدراك التجريبي للحساب المضاد عالي الكفاءة” . رسائل المراجعة البدنية . 115 (8) 080501. بيب كود : 2015PhRvL.115h0501K . دوى : 10.1103/PhysRevLett.115.080501 . بميد 26340170 . 
  9. ↑ زيغا، ليزا. "حاسوب كمومي 'يحسب دون تشغيل' يحقق رقماً قياسياً في الكفاءة" . Phys.org . شركة أوميكرون للتكنولوجيا المحدودة . تاريخ الاسترجاع: 6 سبتمبر 2015 .