الفيزياء لتكنولوجيا المعلومات: جائزة تورينج تُمنح لأول مرة لدراسة التأثيرات الكمومية

جمعية آلات الحوسبة (الولايات المتحدة الأمريكية) أعلن عن الفائزين بجائزة تورينج، وهي أعلى جائزة في علوم الكمبيوتر، والتي يطلق عليها غالبًا “جائزة نوبل للمبرمجين”. الفائزون هم تشارلز بينيت من شركة IBM Research وجيل براسارد من جامعة مونتريال. وقد مُنحت لهم جائزة المليون دولار “لمساهماتهم الأساسية في تطوير علم المعلومات الكمومية”.

أصبح هذا الحدث سابقة تاريخية: لأول مرة على الإطلاقيكون منذ وجود الجائزة (منذ عام 1966)، تم منحها للأبحاث المرتبطة ارتباطًا وثيقًا بفيزياء الكم.

من “الأفكار المجنونة” إلى أساسيات الصناعة

بدأت رحلة بينيت وبراسارد في السبعينيات. في ذلك الوقت، بدت أفكارهم باهظة لزملائهم، بعبارة ملطفة. وتساءل الباحثون: هل يمكن استخدام “غرابة” العالم الكمي – مثل التراكب والتشابك – لمعالجة المعلومات ونقلها بطرق مستحيلة في الفيزياء الكلاسيكية؟

يتذكر تشارلز بينيت قائلاً: “اعتقد الناس أن الأمر جنوني في ذلك الوقت”. في مقابلة نطبيعة. “لم يخطر ببال أحد أبدًا أن التأثيرات الكمومية يمكن أن تصبح أداة حقيقية.”

مستوحاة من أعمال الفيزيائي ستيفن ويزنر، الذي اقترح في الستينيات استخدام الخصائص الكمومية للفوتونات لحماية البيانات، قام بينيت وبراسارد بسلسلة من الاكتشافات الخارقة التي غيرت وجه العلم الحديث.

ثورة التشفير والنقل الآني

في عام 1984، قدم الثنائي بروتوكول BB84، وهو أول مفهوم لتوزيع المفتاح الكمي في العالم. جوهر الطريقة بسيط ومبدع في نفس الوقت: يتم نقل المعلومات باستخدام دفق من الفوتونات. ووفقا لقوانين ميكانيكا الكم فإن أي محاولة لاعتراض هذه الحالة أو قياسها تؤدي إلى تدميرها حتما. وهكذا، يصبح المرسل والمتلقي على علم على الفور بوجود “الجاسوس”. لاحقًا، في أواخر الثمانينيات، نجح بينيت وفريقه في شركة IBM في تأكيد هذه النظرية تجريبيًا.

كانت الضربة القوية الثانية للأفكار الكلاسيكية هي عمل عام 1993. حيث قام بينيت وبراسارد، بتوحيد جهودهما مع أربعة علماء آخرين، بتقديم مفهوم النقل الآني الكمي. على عكس الاسم المستوحى من المسلسل التلفزيوني ستار تريك، لم يكن الأمر يتعلق بتحريك المادة، بل يتعلق بالنقل الفوري للحالة الكمومية للجسيم عبر مسافة باستخدام تأثير التشابك.

اليوم، لا يعد النقل الآني الكمي خيالًا علميًا، ولكنه طريقة قياسية لنقل البيانات داخل أجهزة الكمبيوتر الكمومية وفيما بينها. ومن أجل التأكيد التجريبي لهذا التأثير تم منح جائزة نوبل في الفيزياء في عام 2022.

على عتبة «الثورة الكمومية الثانية»

إذا كانت الثورة الكمومية الأولى في بداية القرن العشرين قد أعطتنا فهمًا لبنية الذرة والليزر، فإن “الثورة الثانية”، التي يعود أصلها إلى الحائزين على جائزة تورينج، تعد بإنشاء إنترنت كمي كامل.

يشير جيل براسارد إلى أنه من المستحيل اليوم الشك في أن ظهور أجهزة الكمبيوتر الكمومية القوية أصبح وشيكًا. وتثبت النجاحات التي حققها العلماء في جميع أنحاء العالم، بما في ذلك العروض التوضيحية واسعة النطاق للشبكات الكمومية في الصين، أن التكنولوجيا جاهزة للانتقال من المختبر إلى الأعمال الحقيقية.

يقول بينيت: “من المثير أن نرى أفكارنا تنمو لتصبح صناعة تبلغ قيمتها مليارات الدولارات”. “لكن الأهم بالنسبة لنا هو تاريخ الأفكار وكيف غيرت فهمنا للكون”.

في الواقع، لم يساعد عمل بينيت وبراسارد المهندسين فحسب، بل ساعد أيضًا علماء الفيزياء النظرية: تُستخدم المعلومات الكمومية اليوم لدراسة طبيعة الثقوب السوداء. تعتبر جائزة تورينج لهذا العام اعترافًا بأن الحدود بين عالم الحوسبة والفيزياء الأساسية قد تلاشت أخيرًا.