أين تحدث الحسابات الكمية؟ الحاسوب الكمي وحافة الواقع!

 

في أكتوبر من عام 2019، قامت آلة قابعة داخل غرفة مبردة في سانتا باربرا بكاليفورنيا بعمل كان ينبغي أن يكون مستحيلاً؛

إذ حلت مسألة رياضية في غضون 200 ثانية. هذا الرقم لا يعني شيئاً حتى تسمع الرقم الآخر؛
فالحساب نفسه لو أُجري على أقوى كمبيوتر خارق كلاسيكي على وجه الأرض في ذلك الوقت — وهي آلة تُدعى "ساميت" بنتها شركة IBM وتملأ غرفة بحجم ملعبي كرة سلة —

لاستغرق الأمر حوالي 10,000 عام. ليس 10,000 ساعة، ولا 10,000 يوم، بل 10,000 عام؛
أي أطول من تاريخ الحضارة البشرية المسجلة بأكمله، وأطول من الفجوة الزمنية بين اختراع الزراعة واللحظة التي تسمع فيها هذه الجملة.

آلة بحجم الثريا، مبردة إلى درجة حرارة أقوى برودة من فراغ الفضاء الخارجي، أنجزت في 3 دقائق و20 ثانية ما لم تكن القدرة الحوسبية الكلاسيكية المجتمعة للكوكب بأسره قادرة على تحقيقه في مجرى التاريخ البشري.

ولم يتوقف أحد تقريباً خارج مجتمع الفيزياء لطرح السؤال الذي كان ينبغي أن يتبع ذلك فوراً: أين قامت الآلة بهذا الحساب؟
هذا هو السؤال الذي تدور حوله هذه القصة؛ ليس كيف تعمل الآلة — رغماً أننا سنغطي ذلك — ولا ما يمكنها فعله، رغم أن التداعيات مذهلة، بل السؤال هو "أين؟".
لأن الإجابة على هذا السؤال، إذا تتبعتها إلى نتيجتها المنطقية، لا تقود إلى اختراق هندسي جديد، بل تقودك إلى حافة الواقع نفسه،
وما تكشفه عن طبيعة الكون الذي تعيش فيه الآن هو أمر لم يُخبر به معظم الناس بوضوح كافٍ ليشعروا بثقله.
كانت الآلة تُدعى "سيكامور"، وقد بنتها مختبرات الذكاء الاصطناعي الكمي التابعة لشركة جوجل،
وكانت تحتوي على 53 "كيوبت" (Qubit)، وهي المكافئ الكمي للبتات الثنائية (Bits) التي تشغل كل كمبيوتر كلاسيكي استخدمته في حياتك.
البت الكلاسيكي يوجد في واحدة من حالتين: إما صفر أو واحد.
كل عملية حسابية يقوم بها هاتفك، كل صورة يخزنها، كل رسالة يرسلها،
يتم تشفيرها كسلسلة من الأصفار والآحاد التي تُعالج عبر بوابات منطقية بسرعات تُقاس بمليارات العمليات في الثانية.

أما الكيوبت فمختلف؛ يمكن للكيوبت أن يكون صفراً، ويمكن أن يكون واحداً، أو يمكن أن يكون كلاهما في وقت واحد،

وهي حالة تُعرف بـ "التراكب الكمي" (Superposition)، وهي حالة يحمل فيها الكيوبت جميع القيم الممكنة في نفس الوقت حتى لحظة قياسه.

عندما يتم قياسه، ينهار التراكب، ويتحول الكيوبت إلى صفر أو واحد. ولكن طالما أنه في حالة التراكب، وطالما لم ترصده أي أداة،

وطالما لم يطالبه الكون بعد بالاختيار، فهو الاثنين معاً؛ ليس مجازاً، وليس كوسيلة مفيدة للتفكير في الاحتمالات، بل هو كلاهما بشكل فيزيائي، وقابل للقياس، وعملياتي.
هذه الخاصية هي ما يمنح الكمبيوترات الكمية قوتها، لكن كلمة "قوة" هنا مضللة لأنها توحي بالسرعة.

الكمبيوترات الكمية ليست مجرد نسخ أسرع من الكمبيوترات الكلاسيكية، بالطريقة التي تكون بها السيارة الرياضية نسخة أسرع من سيارة السيدان؛

الاختلاف ليس في الدرجة، بل في النوع. فالكمبيوتر الكلاسيكي الذي يحل مسألة معقدة يعمل خطوة بخطوة، ويفحص احتمالاً واحداً في كل مرة،

ويتحرك بالتسلسل عبر مساحة من الإجابات المحتملة حتى يجد الإجابة الصحيحة. أما الكمبيوتر الكمي فيقوم بشيء ليس له نظير كلاسيكي؛
إنه يستكشف جميع الإجابات المحتملة في وقت واحد. كل كيوبت يُضاف إلى النظام يضاعف عدد الحالات التي يمكن للآلة الاحتفاظ بها في نفس الوقت;

فـ 10 كيوبت يمكنها الاحتفاظ بـ 1,024 حالة متزامنة، و20 كيوبت يمكنها الاحتفاظ بأكثر من مليون حالة، و30 كيوبت بأكثر من مليار،

و53 كيوبت — وهو العدد الموجود في معالج جوجل سيكامور — يمكنها الاحتفاظ بحوالي 9 كوادريليون حالة في آن واحد (رقم 9 يليه 15 صفراً)؛

أي مسارات حوسبية متزامنة تفوق عدد الخلايا في أجساد جميع البشر على الأرض مجتمعين.

وهنا يصبح سؤال "أين" أمراً لا مفر منه، لأن هناك رقماً يغير كل شيء:

إذا بنيت كمبيوتراً كمياً يحتوي على 300 كيوبت، فإن عدد الحالات المتزامنة التي يمكنه الاحتفاظ بها هو 2 مرفوعة للقوة 300.

إذا كتبت هذا الرقم، فستجده يتكون من حوالي 90 خانة، وهذا الرقم أكبر من العدد الإجمالي للذرات في الكون المرئي بأكمله؛

كل ذرة في كل نجم في كل مجرة تم رصدها أو رسم خرائط لها أو وضع نظريات حولها، ومع ذلك تظل لآلة الـ 300 كيوبت مساحة حوسبية أكبر من ذلك كله مجتمعاً.

لا يمكنك احتواء هذا الحساب داخل كون واحد؛ فلا توجد مساحة فيزيائية كافية، ولا جسيمات كافية، ولا فضاء كافٍ، ولا أي شيء كافٍ.

الحساب يتجاوز الموارد الفيزيائية للكون المرئي. هذه ليست فلسفة، بل هي رياضيات؛

وإذا كانت الآلة تتطلب حالات حوسبية تفوق عدد الجسيمات الموجودة في الكون المرئي لتمثيلها، فإن الحساب يحدث في مكان ما خارج هذا الكون المرئي.

والآلة تعمل؛ فهي تعطي إجابات صحيحة، ومحققة، وقابلة للتكرار، ومراجعة من قِبل الأقران، وتتطابق مع تنبؤات النظرية الكمية بدقة مذهلة.

الآلة تقوم بشيء يتطلب موارد لا يحتوي عليها كوننا، وتقوم بذلك في كل مرة يتم تشغيلها فيها.

الرجل الذي تنبأ بحدوث ذلك لم يكن يعمل داخل مختبر حكومي محاطاً بالزملاء والمعدات؛

بل كان يعمل بمفرده ليلاً في منزله في أكسفورد بإنجلترا، حيث لا يزال يعيش حتى اليوم ونادراً ما يغادره. اسمه ديفيد دويتش.

في عام 1985، قبل 34 عاماً من إثبات جوجل سيكامور للتفوق الكمي، نشر دويتش ورقة بحثية في سجلات الجمعية الملكية بلندن لم يقرأها أحد تقريباً في ذلك الوقت.

لم تقترح الورقة طريقة أسرع لتحليل الأعداد إلى عواملها، ولم تعد بكسر التشفير أو محاكاة الجزيئات؛

بل طرحت سؤالاً يبدو فلسفياً تقريباً: هل هناك آلة فيزيائية يمكنها من حيث المبدأ محاكاة أي عملية فيزيائية في الكون؟

ليس نمذجتها أو تقريبها، بل محاكاتها بدقة باستخدام قوانين الفيزياء الفعلية كنظام تشغيل.

كان إجابة دويتش دقيقة وصادمة: الكمبيوتر الكلاسيكي لا يمكنه فعل ذلك، ليس لأنه بطيء جداً، وليس لأننا لم نبنِ واحداً كبيراً بما يكفي،

بل لأن الكمبيوتر الكلاسيكي يعمل داخل واقع فيزيائي واحد، وهذا الواقع الفيزيائي الواحد لا يحتوي على موارد كافية.
الحساب الذي يجريه الكمبيوتر الكمي يتجاوز سعة كوننا المرئي، فأين يحدث الحساب الإضافي؟

كانت إجابة دويتش، المكتوبة بوضوح في تلك الورقة الصادرة عام 1985، هي أن الحسابات تحدث عبر نسخ متعددة من الواقع في وقت واحد؛

ليس كمجاز، بل كآلية فيزيائية. جادل دويتش بأن الكمبيوتر الكمي هو أول جهاز في التاريخ البشري يتطلب وجود عوالم موازية لكي يعمل.

العوالم الموازية؛ تبدو العبارة وكأنها خيال علمي تنتمي إلى فيلم وليس إلى مجلة فيزياء، لكن دويتش لم يكن يكتب خيالاً علمياً، بل كان يمارس الفيزياء؛
فيزياء صارمة، ومراجعة من قِبل الأقران، وصيغت رياضياً. وبنية النظرية التي وصفها في تلك الورقة أصبحت الأساس الذي بُني عليه كل كمبيوتر كمي تم صنعه على الإطلاق.

هو لم يكتفِ بمجرد اقتراح احتمال وجود عوالم موازية، بل أظهر أنه إذا كانت ميكانيكا الكم صحيحة — وتؤكد ذلك 60 عاماً من الأدلة التجريبية —

فإن التفسير المتماسك الوحيد لمكان حدوث الحساب الكمي هو عبر حالات متعددة من الواقع تعمل في آن واحد، وتتداخل من خلال عملية تُسمى "التداخل الكمي".

المسارات الحوسبية الخاطئة تلغي بعضها البعض، والمسارات الصحيحة تعزز بعضها البعض،

والإجابة التي تظهر على شاشتك هي ما يتبقى بعد استخدام فيزياء العوالم المتعددة كمورد حوسبي.

الآلة لا تجرّب كل إجابة، بل تخلق ظروفاً تجعل الإجابات الخاطئة تدمر نفسها،

وتنبثق الإجابة الصحيحة من نمط التداخل للحسابات المتوازية التي تحدث في أماكن لا يمكنك رؤيتها.

هذه الفكرة — تفسير العوالم المتعددة لميكانيكا الكم — لم تكن في الأصل لفيتش،
بل كانت لرجل مات دون أن يعرف أبداً أن رياضياتها ستصبح الأساس لتكنولوجيا تُقدر قيمتها بمليارات الدولارات. اسمه هوغ إيفريت الثالث.

 

كان طالباً في مرحلة الدراسات العليا بجامعة برينستون عام 1957 عندما قدم أطروحته للدكتوراه.

اقترحت الأطروحة أنه عندما يتم قياس نظام كمي ويبدو أنه ينهار من حالة تراكب من حالات متعددة إلى نتيجة واحدة، فإن الانهيار لا يحدث في الواقع؛

بل تحدث جميع النتائج، ويتفرع الواقع، ويأخذ كل خط محتمل مجراه في نسخته الخاصة من الكون.

القطة حية في فرع وميتة في فرع آخر، وكلا الفرعين حقيقيان تماماً؛ لا يوجد انهيار، بل هناك تكاثر فقط.
الفيزياء نيلز بور، الذي كان في ذلك الوقت الصوت الأقوى في المجال بأكمله ومصمم "تفسير كوبنهاغن" الذي هيمن على ميكانيكا الكم لعقود، رفض فكرة إيفريت.

وتبعه المجتمع العلمي في ذلك; قُبلت أطروحة إيفريت، لكن تفسيره عومل كأمر غريب في أحسن الأحوال وكمصدر إحراج في أسوئها.

غادر الفيزياء الأكاديمية فور حصوله على درجته العلمية، وذهب للعمل في البنتاغون لإجراء النمذجة الرياضية لاستراتيجيات استهداف الأسلحة النووية؛

فحسب معدلات الوفيات الناجمة عن الغبار الذري المشع، وقدم المشورة لإدارتي إيزنهاور وكينيدي بشأن أنظمة إطلاق القنابل الهيدروجينية.
أفرط في الشرب، ودخن باستمرار، وبالكاد كان يعرف أطفاله، وتوفي بنوبة قلبية عام 1982 عن عمر يناهز 51 عاماً على سريره.

عثر ابنه مارك — الذي أصبح لاحقاً المغني الرئيسي لفرقة روك تُدعى "Eels" — على الجثة، وقال علناً إنه يعتقد أن تلك كانت المرة الأولى التي يلمس فيها والده على الإطلاق.

وبناءً على طلبه، جرى حرق جثة إيفريت وإلقاء رماده في القمامة، لأنه في تفسير العوالم المتعددة، لم يكن يهم ما يحدث لأي تشكيل فيزيائي معين؛

ففي مكان ما، وفي فرع ما، هو لا يزال حياً. وابنته إليزابيث أنهت حياتها عام 1996، ووُجدت رسالة في حقيبتها تقول فيها إنها ذاهبة لتنضم إلى والدها في كون آخر.

تفسير العوالم المتعددة الذي رفضه بور عام 1957 أصبح الآن، اعتماداً على من تسأله، الإطار النظري الرائد لفهم سبب عمل الكمبيوترات الكمية على الإطلاق.

الحساب الذي لا يمكن احتواؤه داخل كون واحد يجد مكانه لأن إيفريت كان على حق؛ هناك فروع أخرى، ودويتش بنى آلة تستخدمها.

الفكرة التي رفضتها المؤسسة الفيزيائية بأكملها لمدة 30 عاماً تبين أنها مطلب هندسي؛ فالآلات تتطلبها، ولا تعمل بدونها.
كل كمبيوتر كمي في كل غرفة مبردة في كل مختبر على وجه الأرض هو شهادة فيزيائية على رياضيات رجل دُفن رماده في القمامة بناءً على طلبه،

ونسيه المجال الذي حاول المساهمة فيه، ليُتذكر الآن لأن التكنولوجيا أثبتت صحة كلامه.

فكر فيما يعنيه هذا؛ لقد بنينا آلة تعمل من خلال الوصول إلى نسخ موازية من الواقع، واستخراج الموارد الحوسبية من أماكن لا يمكننا رصدها ولا زيارتها ولا تصويرها.
الآلة لا تهتم بما إذا كنت تؤمن بالأكوان الموازية؛ إنها تعمل، وتمنح إجابات، والإجابات صحيحة.

عارضت شركة IBM ادعاء جوجل بأن تقدير الـ 10,000 عام كان دقيقاً، وجادلوا بأنه مع الخوارزمية الكلاسيكية الصحيحة وسعة التخزين الكافية،

يمكن لكمبيوترهم الخارق "ساميت" إجراء الحساب نفسه في يومين ونصف.

اعترفت جوجل بالتعديل، ولكن يومين ونصف مقابل 200 ثانية يظل فارقاً يتجاوز الألف ضعف؛

والمسألة التي حلها سيكامور صُممت خصيصاً لتكون سهلة على آلة كمية وصعبة على آلة كلاسيكية.

ومع تحسن العتاد الكمي وتحول المسائل لتصبح أكثر عمومية، فإن هذا الفارق لا يتقلص، بل ينمو بشكل أسي؛

فكل كيوبت إضافي يضاعف المساحة الحوسبية، وكل مضاعفة توسع الفجوة.
المنحنى لا يتسطح من تلقاء نفسه، ونحن في الجزء المبكر من مسار أسي لا يمكننا رؤية نقطة نهايته من حيث نقف.

 

في ديسمبر من عام 2023، كشفت IBM النقاب عن معالج يُدعى "كوندور" يحتوي على 1,121 كيوبت.

في عام 2019، كان لدى سيكامور من جوجل 53 كيوبت؛ وخلال 4 سنوات، نما عدد الكيوبتات في المعالج الرائد بمعامل يزيد عن 20 ضعفاً.

هذا المعدل من النمو يتجاوز التوقعات التي كان يضعها معظم باحثي الحوسبة الكمية في عام 2015.

إن تاريخ التكنولوجيات الأسية هو تاريخ من التقليل من شأن النصف الخلفي للمنحنى؛

فنحن بارعون في التنبؤ بالمضاعفة التالية، لكننا سيئون للغاية في التنبؤ بما تبدو عليه المضاعفة الخامسة عشرة انطلاقاً من المضاعفة الثالثة.

15 مضاعفة من 53 كيوبت تعني حوالي 1.7 مليون كيوبت؛ وتضع معظم التقديرات الحد الأدنى لكسر التشفير الذي يحمي الإنترنت الحديث في مكان ما بين مليون و4 ملايين كيوبت فيزيائي، اعتماداً على متطلبات تصحيح الأخطاء.

الحسابات ليست نبوءة، بل هي تحديد تقريبي للموقع، ولكن التحديدات التقريبية تجد طريقها لتصبح دقيقة مع تراكم نقاط البيانات.

هناك شيء يُبنى الآن يعمل عند الحد الفاصل بين واقعنا وشيء أكبر؛ شيء يستمد قوته من مكان لا يمكننا الوصول إليه بأي وسيلة أخرى،
شيء ينمو بشكل أسي ويقترب من عتبات لم يتوقعها مهندسو العالم الحديث عندما بنوا الأنظمة التي نعتمد عليها.

والسؤال الأعمق الذي يثيره هذا الأمر لا يتعلق بالتشفير أو السرعة الحوسبية، بل يتعلق بطبيعة الواقع الذي تعيشه الآن.

لأنه إذا كانت الآلة تعمل — وهي تعمل بالفعل — وكان التفسير المتماسك الوحيد لسبب عملها هو أنها تستعير موارد من نسخ موازية للكون،

فإن تلك النسخ الموازية حقيقية؛ ليست حقيقية نظرياً، وليست حقيقية بشكل مفيد فحسب، بل حقيقية تماماً كما الكرسي الذي تجلس عليه حقيقي.
حقيقية بما يكفي للحوسبة بها، وحقيقية بما يكفي لبناء صناعة تُقدر بمليارات الدولارات عليها.

وإذا كانت حقيقية، فأنت لا تعيش في النسخة الوحيدة من حياتك؛ بل تعيش في فرع واحد من عدد لا يمكن تصوره من الفروع،
وكل فرع منها أصيل فيزيائياً مثل هذا الفرع، وكل منها يحتوي على نسخة منك اتخذت خيارات مختلفة عند كل مفترق طرق كمي حدث منذ بداية الزمن.
هذه ليست صوفية، بل هي المواصفات الهندسية لأقوى الآلات التي صنعتها البشرية على الإطلاق.

 

في عام 1935، جلس فيزيائي يُدعى إروين شرودنغر ليكتب ما كان يعتقد أنه سيكون الكلمة الفصل والضربة القاضية ضد ميكانيكا الكم.

لم يكن يحاول المساهمة في النظرية، بل كان يحاول تدميرها؛ فقد كانت النظرية تنتج نتائج تتطابق مع التجارب بدقة مذهلة لأكثر من عقد من الزمان؛ وتنبأت بسلوك الذرات، وأطياف الضوء المنبعثة من الغازات الساخنة، واستقرار الجزيئات، وموصلية المعادن.

كل اختبار أكدها، وكل قياس توافق مع معادلاتها، ومع ذلك وجد شرودنغر أحد ادعاءاتها المركزية غير مقبول فلسفياً.
كان الادعاء هو: الجسيم لا يملك حالة محددة حتى يقوم شخص ما بقياسه؛ وقبل القياس، يوجد في حالة تراكب من جميع الحالات الممكنة في نفس الوقت؛ ليس من المحتمل أن يكون في حالة أو أخرى، وليس مختبئاً في حالة لا نعرفها بعد، بل هو موجود فيزيائياً وحقاً في جميع الحالات في آن واحد.
وفعل القياس لا يكشف عن حقيقة موجودة مسبقاً، بل يخلق النتيجة.
اعتقد شرودنغر أن هذا هراء، وكان لديه موهبة في جعل الهراء مرئياً؛ لذا صمم تجربة فكرية تهدف إلى كشف ما رآه عيباً قاتلاً في النظرية.

تخيل قطة محبوسة داخل صندوق فولاذي مغلق، وداخل الصندوق كمية ضئيلة من مادة مشعة؛

إذا تحللت ذرة واحدة من تلك المادة خلال ساعة، فإن كاشفاً سيفعل آلية تكسر زجاجة سم، مما يؤدي إلى موت القطة. وإذا لم تتحلل أي ذرة، تعيش القطة.

تقول ميكانيكا الكم إن الذرة المشعة توجد في حالة تراكب بين التحلل وعدم التحلل حتى يتم رصدها؛
وبالتالي، جادل شرودنغر بأن القطة يجب أن تكون حية وميتة في نفس الوقت حتى يفتح شخص ما الصندوق.

وصف هذا الأمر بالمضحك، وكان يقصد به إثبات بطلان القياس؛ وهي حجة منطقية مصممة لإظهار أن الفرضية تقود إلى نتيجة بالغة السخف لدرجة أن الفرضية نفسها يجب أن تكون خاطئة.
كان يقول لزملائه: "انظروا إلى ما تؤدي إليه نظريتكم؛ قطة حية وميتة في نفس الوقت! بالتأكيد يمكنكم رؤية أن هناك شيئاً مكسوراً هنا".

استوعب مجتمع الفيزياء الحجة، وتأملها بعناية، وفعل الشيء الوحيد الذي لم يتوقعه شرودنغر: احتفظوا بالنظرية.
ليس لأنهم اعتقدوا أن القطط الحية والميتة أمر معقول، بل لأن كل تجربة أجروها، وكل قياس أخذوه، وكل تنبؤ اختبروه أكد أن ميكانيكا الكم كانت صحيحة.

النظرية نجحت، ونجحت بدقة لم تحققها أي نظرية أخرى في تاريخ الفيزياء؛ وحجة القطة، التي كانت مقصودة للهدم، أصبحت بدلاً من ذلك الرسوم التوضيحية الأكثر شهرة للشيء نفسه الذي كان من المفترض أن تدمره.
ودخلت صورة قطة حية وميتة في آن واحد في الثقافة الشعبية كرمز للغرابة الكمية، لكن الفيزياء الكامنة وراءها ليست غريبة على الإطلاق؛

بل هي مبدأ التشغيل لكل كمبيوتر كمي تم بناؤه. الكيوبت يعمل تماماً كالذرة في صندوق شرودنغر؛ فهو ليس صفراً، وليس واحداً، بل هو كلاهما في وقت واحد حتى لحظة قياسه.
وطالما أنه في حالة "كلاهما" تلك، وطالما أن الصندوق مغلق ولم تنظر أي أداة بداخله، فهو يجرى حسابات عبر جميع قيمه الممكنة دفعة واحدة.
هذا هو مصدر القوة الحوسبية — ليس السرعة، وليس القوة الغاشمة — بل القدرة على الوجود في حالات متعددة في وقت واحد والحوسبة عبرها جميعاً قبل الانهيار إلى إجابة واحدة عند إجراء القياس.

ولكن هنا السؤال الذي ينبغي أن يتبع ذلك فوراً ولا يطرحه أحد بصوت عالٍ تقريباً: إذا كان الكيوبت في كلتا الحالتين حقاً في نفس الوقت، فماذا يفعل بين القياسات؟
عندما لا ترصده أي أداة، عندما يكون الصندوق مغلقاً، وعندما لا يطالب الكون نفسه بعد بإجابة محددة؛ ماذا يحدث في تلك المساحة بين السؤال والنتيجة؟

ما الذي يحدث في الفجوة بين التراكب والانهيار؟ هل يحدث شيء حقيقي هناك، أم أنه مجرد تسهيل رياضي؛ خيال مفيد ينتج إجابات صحيحة دون أن يقابله أي عملية فيزيائية؟

الإجابة التي توصلت إليها الفيزياء على مدى الأربعين عاماً الماضية مقلقة بطريقة لا تنقلها معظم الروايات الشعبية لميكانيكا الكم بشكل كافٍ:
الإجابة هي أن الفجوة حقيقية، والحساب الذي يحدث بين القياسات يقع فيزيائياً؛ والسبب في أنه مخفي عنا، والسبب في أننا لا نرى قططاً حية وميتة،
والسبب في أن العالم من حولنا يبدو مستقراً ومحدداً وكلاسيكياً، ليس لأن التراكب خدعة رياضية، بل بسبب عملية تُسمى "فقدان التماسك الكمي" (Decoherence).
وفقدان التماسك لا يلغي الاحتمالات الأخرى، بل يخفيها. الفيزياء الذي أمضى حياته المهنية في جعل هذا الأمر دقيقاً كان فويتشخ زوريك، الذي عمل في مختبر لوس ألاموس الوطني؛

وعمله، بناءً على رؤى سابقة لهانز ديتريش زيه في السبعينيات، يقدم الإجابة الأكثر وضوحاً وصرامة فيزيائية على سؤال لماذا يبدو العالم كلاسيكياً بينما تقول ميكانيكا الكم إنه لا ينبغي أن يكون كذلك.
وإليك جوهر الأمر: يظل النظام الكمي في حالة تراكب، ويظل في حالة الاحتمالات المتزامنة المتعددة تلك، طالما أنه يظل معزولاً تماماً عن كل شيء من حوله.

في اللحظة التي يتفاعل فيها ولو مع جسيم واحد من البيئة الخارجية، يبدأ التراكب في التلاشي؛
ليس بسبب أي فعل غامض للوعي، وليس لأن عقلاً بشرياً نظر إليه، بل ببساطة لأن المعلومات حول النظام تسربت إلى العالم المحيط.
فكر في معنى هذا فيزيائياً: كوب القهوة الخاص بك هو نظام كمي، فهو مصنوع من ذرات، والذرات تطيع ميكانيكا الكم.
من حيث المبدأ، يمكن لكوب القهوة الخاص بك أن يوجد في حالة تراكب بين كونه على الطاولة وكونه على الأرض في نفس الوقت؛

لكنه يتفاعل باستمرار مع تريليونات الجسيمات في كل ثانية. جزيئات الهواء ترتد عن سطحه، والفوتونات من الإضاءة في الغرفة تصطدم به،
والاهتزازات الحرارية في الطاولة تمر عبره؛ وكل تفاعل يحمل معه جزءاً ضئيلاً من المعلومات الكمية، وكل تفاعل يربط الكوب بجسيم آخر في البيئة.

وبمجرد أن تتسرب تلك المعلومات، يتدمّر التراكب؛ وتفقد الحالة الكمية لكوب القهوة تماسكها، فيختار موقعاً محدداً ويصبح كلاسيكياً.
بالنسبة لكوب القهوة الخاص بك، تحدث هذه العملية في حوالي جزء من المليار من المليار من الثانية؛ ففقدان التماسك يحدث بشكل فوري تقريباً على مقاييس الأشياء اليومية.

 

ولهذا السبب لم ترَ قط كوب قهوة في مكانين في وقت واحد؛ ليس لأن ميكانيكا الكم لا تنطبق على أكواب القهوة — بل هي تنطبق —

ولكن فقدان التماسك يدمر التراكب بسرعة كبيرة لدرجة يبدو معها وكأنه لم يكن موجوداً أبداً.

العالم الكلاسيكي الذي تعيشه — عالم الأشياء المحددة في مواقع محددة وذات خصائص محددة — ليس هو الواقع الأساسي؛

بل هو ما يبدو عليه الواقع الكمي بعد أن تقوم عملية فقدان التماسك بعملها. إنه السطح، أما التراكب الكمي تحته فهو العمق.

الآن، هنا يتصل هذا الأمر مباشرة بالكمبيوترات الكمية وبالسؤال الذي طرحناه في البداية:
للحفاظ على الكيوبت في حالة تراكب لفترة كافية للحوسبة الفعليه به، يجب عليك عزله عن كل شيء عطلاً تاماً وكاملاً؛
فلا يمكن لفوتون ضال أن يلمسه، ولا لاهتزاز أن يصل إليه، ولا لتقلب حراري أن يمر بجانبه.

الآلات التي تبنيها جوجل وIBM تُبرَّد إلى درجات حرارة أبرد من فراغ الفضاء العميق؛ إلى حوالي 15 ميلليكلفن (حوالي جزء من مئة من الدرجة فوق الصفر المطلق).
عند هذه الدرجة، تتوقف كل الحركة الحرارية تقريباً، وبالكاد تتحرك الجسيمات في الآلة، وتصبح البيئة هادئة بقدر ما تسمح به الفيزياء.
وفي ذلك الصمت، تحتفظ الكيوبتات بتراكبها لفترة كافية لإجراء حسابات لا يمكن لأي كمبيوتر كلاسيكي مضاهاتها.

التحدي الهندسي بأكمله للحوسبة الكمية يتلخص في جملة واحدة: حافظ على الحساب مخفياً عن الكون لفترة كافية للحصول على إجابة. هذا كل ما في الأمر.
كل نظام تبريد، كل درع كهرومغناطيسي، كل غرفة فراغ، كل منصة عزل اهتزازات في كل مختبر حوسبة كمية على وجه الأرض توجد لغرض واحد:

منع البيئة من النظر إلى الكيوبتات قبل انتهاء الحساب. لأن اللحظة التي تنظر فيها البيئة، واللحظة التي يتفاعل فيها جسيم واحد من العالم المحيط مع الكيوبت ويحمل معه ولو بتاً واحداً من المعلومات الكمية،

ينهار التراكب ويفسد الحساب وتضيع الإجابة. فكر في معنى ذلك في سياق حجة دويتش حول العوالم الموازية: الحساب يحدث بينما الكيوبتات في حالة تراكب، وبينما هي معزولة، وبينما لا توجد أداة في كوننا ترصدها.
والإجابات التي تظهر عندما نقيس الكيوبتات في النهاية تأتي من عملية حدثت بالكامل خلف جدار من العزل؛

في مساحة لا تنطبق عليها قواعد الواقع الكلاسيكي، حيث وجدت الكيوبتات في جميع حالاتها الممكنة في وقت واحد وحسبت عبرها جميعاً.

عندما نقيس النتيجة نحصل على إجابة واحدة، ولكن العملية التي أنتجت تلك الإجابة تضمنت عدداً من المسارات الحوسبية المتزامنة يتجاوز عدد الذرات في الكون المرئي.
إذا أخذت بتفسير كوبنهاغن — النظرة التقليدية لميكانيكا الكم — فإن تلك المسارات الحوسبية الأخرى تتلاشى ببساطة عند إجراء القياس؛

لقد كانت احتمالات، وفعل القياس اختار نتيجة واحدة وتخلص من الباقي. لكن هذا التفسير يواجه مشكلة:

فهو لا يفسر أين حدث العمل الحوسبي؛ ولا يبرر الموارد. إذا كانت الآلة قد استكشفت مسارات تفوق عدد الذرات في الكون،

وكانت الإجابة التي أعادتها صحيحة بشكل واضح، فإن شيئاً ما قام بالاستكشاف، وشيئاً ما أدى العمل.

وإذا كان كوننا لا يملك مساحة كافية لاحتواء هذا العمل، فإما أن العمل يحدث في مكان آخر، أو أن الآلة لا ينبغي أن تعمل. والآلة تعمل.

وإذا أخذت بتفسير العوالم المتعددة — وجهة نظر إيفريت — فإن المسارات الحوسبية الأخرى لا تتلاشى؛ بل تستمر في الوجود في فروع أخرى من الواقع.

القياس لا يوجب انهيار التراكب، بل يربط الراصد بفرع معين واحد؛ وفي جميع الفروع الأخرى، تُجرى نسخ أخرى من القياس،

وتنتج إجابات أخرى في نسخ أخرى من المختبر يرصدها نسخ أخرى من الباحثين. وفقدان التماسك هو العملية التي تصبح بها هذه الفروع غير مرئية لبعضها البعض؛

فيرتفع الجدار، وتنفصل الفروع، ويرى كل راصد نتيجة كلاسيكية محددة واحدة، لكن الفروع الأخرى لا تزال هناك، ولا تزال حقيقية، ولا تزال تحمل العمل الحوسبي الذي أنتج الإجابة.

هذا هو الخيار الذي تفرضه علينا الحوسبة الكمية: إما أن الآلة تعمل بالسحر (تجري حسابات بموارد غير موجودة)، أو أن الآلة تعمل بالفيزياء (تستخدم موارد موجودة في أماكن لا يمكننا رصدها مباشرة ولكن يتم تأكيد واقعيتها في كل مرة تعيد فيها الآلة إجابة صحيحة).

لا توجد منطقة وسطى مريحة، ولا يوجد تفسير يجعل العمل الحوسبي يختفي دون أن يجعل الآلة تتوقف عن العمل أيضاً.
الآلة تعمل، والموارد تتجاوز كوننا، وسؤال "أين" يظل مفتوحاً فقط إذا كنت مستعداً لتركه مفتوحاً.

وإذا تتبعت الفيزياء إلى نهايتها، فستكون الإجابة هي الإجابة نفسها التي قدمها دويتش عام 1985 واقترحها إيفريت عام 1957:

الحساب يحدث عبر فروع من الواقع لا يمكننا رؤيتها لأن فقدان التماسك قد بنى جداراً بيننا وبينها؛ جدار ليس مصنوعاً من المادة أو الطاقة، بل جدار مصنوع من المعلومات المسربة؛
جدار ينفق مهندسو الكم مليارات الدولارات للحفاظ عليه كل عام، لأنه في اللحظة التي يسقط فيها الجدار، ينتهي الحساب وتختفي الميزة الكمية.

نحن نبني آلات تحدث أقوى عملياتها خلف جدار يفصل فرعنا من الواقع عن الفروع التي تقوم بالعمل؛ نحن نخفي عمداً حساباتنا الأكثر أهمية عن الكون المرئي. والشيء الذي يجعل الجدار ضرورياً — وهو فقدان التماسك، العملية التي تتسرب بها المعلومات الكمية إلى البيئة وتنهار التراكبات — هو العملية نفسها التي تجعل العالم يبدو كلاسيكياً وصلباً ومحدداً لك الآن.
السبب في أنت ترى عالماً واحداً بدلاً من عوالم متعددة هو السبب نفسه الذي يجعل الكمبيوتر الكمي بحاجة إلى أن يكون أبرد من الفضاء الخارجي: فقدان التماسك، الجدار بين العوالم.
أراد شرودنغر أن يظهر أن ميكانيكا الكم كانت مكسورة، وما أظهره بدلاً من ذلك هو أن العالم ليس كما يبدو؛

فالقطة ليست مفارقة، بل هي وصف؛ وصف لما يفعله الواقع عندما لا ينظر إليه أحد.
والآلات التي بنيناها تثبت أن ما يفعله الواقع عندما لا ينظر إليه أحد هو أوسع بكثير، وأكثر تنظيماً بكثير، وأكثر واقعية بكثير مما كان يمكن لأي شخص في عام 1935 أن يتخيله.
لم يعد السؤال هو ما إذا كانت الفروع الأخرى موجودة، بل السؤال هو: ما الذي يحدث فيها أيضاً ولم نتعلم بعد كيفية رصده؟

أ

تعديل المقال