مقدمة

يقترب العالم من عصر التفوق الكمومي. ويقصد بالتفوق الكمومي هنا تنفيذ مهمة على نظام هجين كمومي-كلاسيكي بحيث:

• يمكن التحقق بدقة من صحة الناتج.
• يُظهر الحساب فصلاً كموميًا — يوفر كفاءة أو فعالية من حيث التكلفة أو دقة أعلى مقارنة بالطرق الكلاسيكية وحدها.

سيتطلب تحقيق التفوق الكمومي في الأمد القريب استخدام كل أداة متاحة للاستفادة القصوى من عتاد الحوسبة الكمومية الحالي. عمليًا، يعني ذلك مواجهة الضوضاء والأخطاء بشكل مباشر. لدينا مجموعة أدوات آخذة في التوسع باستمرار لمعالجة هذه التحديات، تشمل قمع الأخطاء وتخفيف الأخطاء واكتشاف الأخطاء وتصحيح الأخطاء. قد يصعب التمييز بين هذه المفاهيم، ويعود ذلك جزئيًا إلى أنها تقع على امتداد متصل ضمن المسار نحو الحوسبة الكمومية المتسامحة مع الأخطاء. وبشكل تقريبي:

• يهدف قمع الأخطاء إلى تقليل احتمال حدوث أخطاء معينة من الأساس.
• يسعى تخفيف الأخطاء إلى تقليل تأثير الأخطاء التي حدثت على النتيجة النهائية.
• يقوم اكتشاف الأخطاء وتصحيحها بترميز المعلومات الكمومية بشكل زائد (مع تكرار احتياطي) عبر عدة كيوبتات، بحيث يمكن اكتشاف الأخطاء وتصحيحها من خلال فحوصات الاتساق.

تُغيّم بعض التقنيات هذه الحدود. فعلى سبيل المثال، إذا أمكن اكتشاف الأخطاء على مستوى الـcircuit وتم استبعاد الـshots غير الصالحة أو استعادتها احتماليًا أثناء المعالجة اللاحقة، فقد يُنظر إلى ذلك كشكل محدود من تصحيح الأخطاء، رغم افتقاره إلى البنية الكاملة المتسامحة مع الأخطاء الخاصة برموز تصحيح الأخطاء الكمومية.

يُعد Pauli twirling، وهو مثال آخر، طريقة تعيد تشكيل الضوضاء بحيث تتصرف كعملية Pauli عشوائية (stochastic). يمكن لهذا أن يبطئ تراكم الأخطاء المتّسقة (coherent errors) ويجعل تقنيات أخرى، مثل تخفيف الأخطاء، أكثر فعالية. لكنه بحد ذاته يوصف بشكل أفضل كشكل من أشكال تكييف الضوضاء (noise tailoring)، وليس قمعًا أو تخفيفًا بالمعنى الدقيق.

هذه الأدوات ليست متعارضة فيما بينها. غالبًا ما تجمع سير العمل الفعالة بين عدة مناهج. يُطبَّق القمع والتخفيف على نطاق واسع اليوم، في حين يمكن استخدام اكتشاف الأخطاء في بعض سير العمل لتجاهل النتائج الخاطئة أو استعادة الحالات الصحيحة احتماليًا. وفي الوقت نفسه، أصبحت أشكال أكثر تقدمًا من تصحيح الأخطاء في متناول اليد تدريجيًا. ومن خلال الاستفادة من هذه الأساليب ودمجها، يمكننا بناء مسار متواصل نحو الحوسبة الكمومية المتسامحة مع الأخطاء. للاطلاع على منهج مبسّط للاستفادة من تقنيات تخفيف أخطاء متعددة، دون الخوض كثيرًا في الخلفية النظرية، راجع هذا البرنامج التعليمي على منصة IBM Quantum®.

في هذه الدورة، أدوات لتحقيق التفوق الكمومي، سنستكشف بعضًا من أكثر الأساليب الواعدة لإدارة الضوضاء والأخطاء الكمومية. ينصب تركيزنا على استكشاف التطبيقات العملية باستخدام Qiskit، مع توفير خلفية نظرية كافية لمساعدتك على تحديد التقنيات المناسبة لحالة استخدامك. كما سنسلّط الضوء على الطرق التي يمكن دمجها بفعالية ضمن سير عمل واحد — وتلك التي لا يمكن دمجها عادةً.

انضم إلينا ونحن نستكشف الأدوات التي ستساعد على جعل التفوق الكمومي في متناول اليد.