الحوسبة الكموميّة تلتقي مع فيزياء الجسيمات بهدف تحليل بيانات مصادم الهدرونات الكبير

يستكشف تعاون دولي كيفيّة استخدام الحوسبة الكمومية لتحليل الكمية الهائلة من البيانات التي تنتجها التجارب على مصادم الهدرونات الكبير (LHC) في المنظمة الأوروبية للأبحاث الذريّة CERN، حيث يمكن لتلك التجارب إنتاج واحد بيتابايت في الثانية وبالتالي يجب التخلص من الكثير من هذه البيانات لأن التجارب قادرة فقط على التركيز على مجموعة فرعية من أحداث التصادم، رغم استخدام حوالي مليون نواة وحدة معالجة مركزية تعمل في 170 مركز حاسوب حول العالم.

في عام 2001 أنشأ المختبر شراكة بين القطاعين العام والخاص تسمى CERN openlab لتسريع تطوير تقنيات الحوسبة الجديدة التي يحتاجها مجتمع أبحاث CERN، وكانت شركة IBM واحدة من شركات التكنولوجيا الرائدة العديدة المشاركة في هذا التعاون، فهي تعتبر لاعبًا رئيسيًّا في قطاع البحث والتطوير في مجال الحوسبة الكمومية.

يمكن للحواسيب الكمومية من حيث المبدأ حل مشاكل معينة في أوقات أقصر بكثير من الحواسيب التقليدية، لكن يجب التغلب على التحديات التقنيّة الكبيرة لبناء حواسيب كمومية عملية، وقد قامت IBM وعدد قليل من الشركات الأخرى ببناء حواسيب كمومية تجارية يمكنها إجراء الحسابات بالفعل، كما بدأ CERN openlab وIBM في العمل معاً في هذا المجال في عام 2018.

يبحث الآن علماء الفيزياء من جامعة وسكنسن وCERN وIBM Research في زيورخ وFermilab بالقرب من شيكاغو في كيفية استخدام التعلم الآلي الكمومي لتحديد أحداث بوزون هيغز Higgs boson في بيانات مصادم LHC، فغالباً ما تتم مقارنة اكتشاف بوزون هيجز في بيانات مصادم LHC بـ “العثور على إبرة في كومة قش” نظراً لإشارته الضعيفة جداً.

باستخدام حاسوب كمومي ومحاكيات للحواسيب الكمومية بدأ الفريق بتطبيق طريقة “آلة شعاع الدعم الكمومي” على تلك المهمة، إذ تعد هذه الطريق نسخة كمومية من نظام تعلُّم الآلة الخاضع للإشراف الذي يُستخدم لتصنيف البيانات. كانت النتائج الأولية للتجربة واعدة للغاية حيث تم تطبيق خمس بتات كمومية qubits في حاسوب IBM الكمومي والمحاكيات الكمومية على البيانات.

لم ينشر الفريق نتائجه حتى الآن لكن يجري الانتهاء من ورق بحثيّة كما أن العمل جار باستخدام عدد أكبر من البتات الكموميّة والمزيد من متغيرات التدريب وأحجام أكبر من العينات.