الفصل 1176: فرميون ماجورانا وتفكك التشابك الكمي
ماذا لو لم تضعف الطاقة الكهربائية أثناء النقل ؟
ماذا لو كان الكمبيوتر يتمتع بسرعة حسابية هائلة ودقة مثالية ؟
حاول البروفيسور دنكان هالدين الإجابة على هذا السؤال. و في خريف عام ٢٠١٦ ، فاز هذا الفيزيائي واثنان من أصدقائه بجائزة نبيله في الفيزياء لاكتشافاتهم النظرية في التحولات الطورية الطوبولوجية والمراحل الطوبولوجية للمادة!
وبعبارة بسيطة ، وجدوا من خلال تجارب دقيقة مختلفة أن حتى أصغر مادة مجهرية يمكن أن تظهر خصائص مجهرية وأن يكون لها مرحلة طوبولوجية.
لفهم ما يعنيه هذا كان الأمر يتطلب فهم الطوبولوجيا.
كان الجميع يعلم أن علماء الرياضيات ينظرون إلى المسائل من منظور مختلف. وكثيراً ما كانوا ينظرون إلى الأشياء من جوهرها. أما الطوبولوجيا ، فهي علم يدرس الأشكال والفراغات الهندسية التي تبقى ثابتةً عبر التحويلات.
كان أحد الأمثلة الطوبولوجية الأكثر كلاسيكية هو أن كوب القهوة والكعكة كانا متماثلين طوبولوجياً ، لأنه تماماً مثل الكعكة كان كوب القهوة يحتوي على ثقب في مقبضه.
لأن كل منهما كان به ثقب واحد ، فمن الممكن تحويل قطعة دونات إلى كوب قهوة من خلال عملية تشوه سلسة والعكس صحيح... ورغم أن هذا قد يبدو غير مفهوم لمعظم الناس ، أو حتى غير قابل للتفسير إلا أن هذه الطريقة في التحويل الرياضي ساهمت في الواقع في العديد من الاكتشافات المثيرة للاهتمام في مجالات أخرى.
كان هذا صحيحاً بشكل خاص في مجال الفيزياء والمواد ، حيث تم استخلاص العديد من الاكتشافات المذهلة في الثماناينيايت من خلال الأساليب الطوبولوجية ، والتي وفرت أساساً نظرياً.
لفترة طويلة ، اعتاد الناس على استخدام الطوبولوجيا لحل المشكلات على المستوى الكلي. ولم يُتأكد بعدُ إمكانية استخدامها للجسيمات دون الذرية ، مثل الإلكترونات والفوتونات.
وبما أن هذه الجسيمات الصغيرة كانت متأثرة بقوانين غريبة في الفيزياء الكمومية ، فإن أحجامها ومواقعها وحتى أشكالها كانت دائماً في حالة غير مؤكدة.
ومع ذلك قدمت جائزة نبيله في الفيزياء لعام 2016 إجابة نهائية على هذا السؤال.
وهو أن هذه الجسيمات دون الذرية في العالم المجهري تحمل خصائص طوبولوجية!
من الواضح أن هذه النظرية لم يكن لها أي تأثير على الحياة اليومية العادية للناس ، ولكنها فتحت عالماً جديداً لمجال الهندسة الإلكترونية!
في عالم الكمّ الرائع ، أظهرت هذه المواد استقراراً مذهلاً وخصائص استثنائية في طور مادّي خاص. وكان المثال الأبرز على ذلك العوازل الطوبولوجية.
تم العثور على هذه الخاصية في مواد الجخارجين ، مما أدى بشكل مباشر إلى ولادة رقائق الكربون الفائقة التوصيل سغ-1.
ومن ناحية أخرى ، عززت هذه الخاصية أيضاً أبحاث الحوسبة الكمومية.
استخدم الحاسوب الكمي مبدأً مفاده أن الجسيمات دون الذرية يمكن أن تكون في حالات مختلفة في الوقت نفسه ، ويمكنها تخزين المعلومات في ما يُسمى نطق كمي (كيوبت). بفضل هذه الخاصية ، استطاعت الحواسيب الكمومية حل المشكلات بسرعة أكبر بكثير من الحواسيب التقليديه.
لكن المشكلة كانت أن الجسيمات دون الذرية التي تخزن البيانات هشة وغير مستقرة. حتى اضطراب طفيف قد يغير حالتها.
هذا بالضبط ما يُمثله "فقدان التماسك ". في بيئة ميكانيكا الكم ، يُمكن لأي اضطراب أن يُغير ، أو حتى يُؤدي إلى انهيار ، حالة الكيوبت المتشابكة!
كانت إحدى طرق حل هذه المشكلة استخدام تقنية تقليل الضوضاء ، أو تقنية منع التداخل ، أو كليهما. وبغض النظر عن الطريقة التقنية المُتبعة كان لا بد من إيجاد طريقة لتثبيت الجسيمات دون الذرية.
كانت هذه إحدى المشاكل الرئيسية في مجال البحث والتطوير في مجال الكمبيوتر الكمي.
وكان هذا أيضاً شيئاً كان لو شوه يبحث عنه...
معهد جينلينغ للدراسات المتقدمة ، المختبر تحت الأرض في المستوى الثالث.
تم الآن ملء الغرفة الفارغة التي كانت تستخدم كمخزن للعينات الاحتياطية بمعدات تم شراؤها حديثاً.
شملت هذه المعدات أجهزة متعددة الوظائف لقياس الخصائص الفيزيائية ، وأجهزة قياس الخطوات ، وأجهزة قياس مغناطيسية للعينات المهتزة ، وأجهزة اختبار مقاومة مغناطيسية عالية ومنخفضة الحرارة ، ومجفف تجميد "إن الوضع ". مع أن هذه المعدات لم تكن كاملة إلا أنها كانت تحتوي على جميع المعدات الأساسية.
بالإضافة إلى هذه المعدات الأساسية القليلة لأبحاث مواد الكربون كان لديه طابعة ثلاثية الأبعاد للمعالجة بالأشعة فوق البنفسجية بدقة 8 ميكرون. استُخدمت هذه الطابعة بشكل رئيسي لطباعة قوالب البلاستيك المستخدمة في التجارب.
وُضعت طبقة رقيقة بحجم الإبهام بعناية في جهاز الترسيب الذري بالرش المغناطيسي. حيث استخدم لو شوه بيانات التجربة بعناية لضبط معلمات تجريبية جديدة على الحاسوب.
وبعد أن انتهى من كل هذا ، تنفس الصعداء أخيراً وضغط على زر الإدخال على لوحة المفاتيح.
أضاء ضوء الإشارة الأخضر. وبدأ جهاز داخل المختبر بالعمل.
حمل لو شو كوب قهوته وجلس على كرسيه. و نظر إلى ساعته وتساءل عما يمكنه فعله لتمضية بعض الوقت. فجأة ، حلقت طائرة شياو آي بدون طيار من الجانب.
شياو آي: [يا سيدي ، يا سيدي! حدث شيءٌ مذهلٌ للتو! (≧ω≦*)]
نظر لو شوه إلى الشاشة الصغيرة العائمة في الهواء وسأل "هل ارتقيت إلى المستوى الأعلى ؟ "
شياو آي: [ماذا ؟ هل عرفت ؟ (°△°|||)]
لو شوه "... "
هل ارتفع هذا الشيء حقاً... أم انخفض مستواه ؟
تنهد لو شوه وتجاهل التخلف العقلي. أغمض عينيه ودخل مساحة النظام.
تمت مزامنة تراكم نقاط خبرة الذكاء الاصطناعي مع نقاط خبرة علوم المعلومات. بمجرد أن ارتفع مستوى شياو آي إلى المستوى الرابع ، ارتفع مستواه في علوم المعلومات من الرابع إلى الخامس.
حتى لو لم يكن موجوداً في مساحة النظام ، فما زال بإمكانه رؤية الإشعار الخاص بترقيته.
[...]
[غ. علم المعلومات: المستوى 5 (0/300,000)]
بعد أن نظر لو شوه إلى لوحته المميزة ، فرك ذقنه.
كما توقع ، يمكنه اكتساب نقاط خبرة الذكاء الاصطناعي بتمكين شياو آي من مراقبة سلوكيات بني آدم في عالم الواقع الافتراضي. و في الواقع ، بدا أن الذكاء الاصطناعي يعتمد على المعرفة الاجتماعية.
مع ذلك لم يُعر لو شوه اهتماماً كبيراً لتقدم شياو آي. و بعد فحص لوحة خصائصه في مساحة النظام ، عاد إلى العالم الحقيقي.
فتح عينيه وحدق في الطائرة بدون طيار التي تطفو أمامه.
شياو آي: [سيدي ، سيدي ، ألن تمدح شياو آي ؟ (*/ω\*)]
لو شوه "نعم ، أحسنت. "
شياو آي: [شكراً لك!]
تظاهر لو شوه بأنه لم يرَ النص على الشاشة. و نظر إلى ساعته وهو يتحدث.
"... أعتقد أن الوقت قد حان تقريباً. "
تحول الضوء الموجود على الجهاز القريب من اللون الأخضر إلى اللون الأحمر.
قال لو شوه على الفور "شياو آي ، قم بتشغيل مجفف التجميد في الموقع. "
شياو آي: [حسناً... (○`3′○)]
على الرغم من أن شياو آي بدت مترددة إلا أنها اتبعت أوامر لو شوه بطاعة.
شعر لو شوه وكأن صديقه الصغير أصبح أكثر فأكثر وعياً... وكأنه أصبح أكثر فأكثر إنسانياً ؟
لم يكن لو شوه متأكداً من أن هذا كان شيئاً جيداً.
في النهاية كانت طريقة معالجة الذكاء الاصطناعي للمعلومات مختلفة تماماً عن طريقة معالجة العقل البشري لها. أحدهما استخدم المنطق لتحديد المشاعر ، بينما استخدم الآخر المشاعر لتوجيه المنطق.
هل الذكاء الاصطناعي هو نوع جديد ؟
من المبكر جداً التوصل إلى نتيجة.
باعتباره "الوصي " على شياو آي كان لو شوه مسؤولاً عن مراقبة نمو شياو آي.
لكن حتى الآن ، بدا أن الصغير ما زال مطيعاً تماماً. حيث كان شياو آي يلعب دور المساعد ، سواءً في حياة لو شو أو في بحثه العلمي. حيث كان شياو آي يطيع أوامره دائماً دون أي تنازل.
ربما أنا قلقة كثيرا ؟
بمساعدة شياو آي ، نقل لو شوه عينة التعويذه الكربونية المجففة بالتجميد من جهاز الترسيب الذري بالرش المغناطيسي إلى مجفف التجميد في الموقع. ثم استخدم مجهراً معدنياً لتحليل الفيلم بدقة قبل تسجيل نتائج التجربة.
كان لديه أكثر من 30 ألف نقطة عامة. ووفقاً للنظام كان يحتاج إلى 120 ألف نقطة عامة للحصول على مجموعة كاملة من المخططات لتقنية الحوسبة الكمومية.
في الواقع كان هذا الرقم مبالغا فيه.
لو قام بتقسيم المشاكل وحل جزء من التكنولوجيا ، لكان بإمكانه تخفيض تكلفة النقاط العامة بنسبة تزيد عن 80%!
حتى الآن ، أنفق ٢٠ ألف نقطة عامة للتغلب على العديد من العقبات البحثية الرئيسية. حيث استخدم معرفته بالمواد الكربونية ، وعوازل موت ، وفيرميونات ماجورانا لحل بعض المشكلات الأساسية.
على سبيل المثال ، وضع طبقة من عازل طوبولوجي لفرميونات ماجورانا مع موصل فائق بعرض ذرة واحدة. لم يؤثر هذا على استقرار فرميونات ماجورانا.
وباستخدام مادة طورية طوبولوجية خاصة ، يمكن حماية الذرات دون الذرية من التداخل.
في الأساس لم تتلف البتات الكمومية المُشكَّلة بسبب أي تداخل صغير ومحلي. حيث كانت أكثر استقراراً بكثير من البتات الكمومية العامة ، مما سمح لأجهزة الكمبيوتر الكمية بحساب الإجابات المطلوبة بدقة وكفاءة أعلى.
لقد وفر هذا على لو شوه ما لا يقل عن 100 ألف نقطة عامة.
وبذلك كان بوسعه أن يستخدم نقاطه العامة في حل مشاكل أكثر صعوبة.
وهذا أحد الأسباب التي جعلت من المعرفة قوة.
بعد الانتهاء بعناية من الخطوة الأخيرة من التجربة ، وضع لو شوه طبقة من ورقة الجخارجين الشفافة على قالب الدائرة الذي أعده مسبقاً.
كان لديه ابتسامة صادقة على وجهه ، وكأنه يحدق في قطعة فنية.
"جميع اختبارات الأداء تلبي توقعاتنا.
"هذا مثالي! "
"كما هو متوقع ، فيرميون ماجورانا هو الخيار الأفضل للحوسبة الكمومية! "
كل ما تبقى فعله هو اختبار ما إذا كانت الـ 20 ألف نقطة العامة التي أنفقها تستحق ذلك.
عندما كان لو شوه على وشك الضغط على زر الطاقة كان قلبه ينبض بقوة على وشك الخروج من صدره.
بمجرد الضغط على الزر ، بدأت شريحة الحاسوب الشبيهة بالفيلم بتشغيل النص المُعدّ مسبقاً. عولجت الإشارة بواسطة الدائرة المنطقية ، ثم أُرسلت إلى الشاشة. وسرعان ما عُرض سطر من الأحرف على الشاشة.
[مرحبا بالعالم.]
عندما رأى لو شوه الشخصيات على الشاشة ، ضغط على قبضتيه وكاد أن يقفز من كرسيه.
"نعم! "
اندهش لو شوه من رد فعله. فسارع إلى فحص حالة تشغيل الآلة.
بعد أن رأى رقاقة الكمبيوتر "الشبيهة بالفيلم " تعمل بثبات وتظل غير قابلة للتأثر بانهيار تشابك الكيوبت ، ظهرت ابتسامة واثقة على وجه لو شوه أخيراً.
يبدو أن هذه المرة...
لقد فعلناها!
