دراسة تظهر تفوق الحوسبة الكمومية في مهام التعلم الآلي

أظهرت دراسة حديثة نشرها باحثون من معهد California Institute of Technology وGoogle Quantum AI وMIT وشركة Oratomic أن أجهزة الكمبيوتر الكمومية الصغيرة يمكنها معالجة مجموعات البيانات الضخمة بكفاءة أكبر من الأنظمة التقليدية الأكبر حجماً، مما يفتح المجال لتحقيق مكاسب أسية في مجال التعلم الآلي وتحليل البيانات.

توصلت الدراسة المنشورة على منصة arXiv إلى أن الأنظمة الكمومية التي تحتوي على عدد قليل نسبياً من الكيوبتات يمكنها تنفيذ مهام معالجة البيانات الأساسية مثل التصنيف وتقليل الأبعاد وحل أنظمة المعادلات، بينما تحتاج أجهزة الكمبيوتر التقليدية إلى ذاكرة أكبر بشكل أسي لتحقيق الأداء نفسه. وقد ركزت النتائج على ميزة الذاكرة بدلاً من السرعة، مما يشير إلى طريقة جديدة لتعريف التفوق الكمومي (Quantum Advantage).

طور الباحثون طريقة جديدة تُسمى “Quantum Oracle Sketching” تسمح للحاسوب الكمومي بمعالجة تدفقات البيانات دون تخزين مجموعة البيانات الكاملة. بدلاً من تحميل جميع البيانات في الذاكرة، يقوم النظام بمعالجة العينات واحدة تلو الأخرى، ويطبق سلسلة من العمليات الكمومية الصغيرة ويتجاهل كل عينة بعد معالجتها. وقد أظهرت المحاكاة على مجموعات بيانات حقيقية تشمل تحليل مشاعر مراجعات الأفلام وتسلسل الحمض النووي الريبي للخلايا المفردة أن النهج الكمومي حقق أداءً مماثلاً للطرق التقليدية مع استخدام ذاكرة أقل بشكل كبير. 

أشار الباحثون إلى أن تقليل الذاكرة تراوح من أربعة إلى ستة أرقام، مع تشغيل النظام الكمومي بأقل من 60 كيوبت منطقي. كما دمج الفريق هذه الطريقة مع تقنية ثانية تُعرف باسم “Classical Shadow Tomography” التي تساعد في استخراج معلومات مفيدة من الحالات الكمومية باستخدام عدد محدود من القياسات. ومع ذلك، تبقى الدراسة نظرية إلى حد كبير حيث تعتمد التجارب على المحاكاة العددية وليس على الأجهزة الكمومية الفيزيائية.

تمثل هذه الدراسة نقلة نوعية في فهمنا لإمكانيات الحوسبة الكمومية، خاصة في مجال معالجة البيانات الضخمة. بالنسبة لشركة Google المدرجة في الأسواق المالية، فإن هذا التقدم في مجال Google Quantum AI قد يعزز من موقعها التنافسي في سوق الذكاء الاصطناعي والحوسبة السحابية، مما يمكن أن ينعكس إيجابياً على قيمة أسهمها على المدى الطويل. كما أن التطبيقات العملية لهذه التقنية في قطاعات مثل الجينوميات والتمويل والنمذجة المناخية قد تفتح أسواقاً جديدة للشركات العاملة في مجال التكنولوجيا الكمومية.