عن العربي
اتصل بنا
قصص على الهواء
الذكاء الاصطناعي ثورة مستمرة لغد أفضل
بدأت صناعة الحواسيب خلال أربعينيات القرن الماضي وتطورت بصورة سريعة مع اختراع الترانزستور والدوائر التكاملية (Integrated circuits IC) ولغات البرمجة. استخدمت الحواسيب بصورة واسعة في الحياة العملية وفي الدراسات والأبحاث العلمية لإجراء حسابات طويلة ولحل مسائل معقدة، وقد أثرت هذه الحواسيب على جميع مناحي الحياة دون استثناء.
مع التطور وزيادة تدفق المعلومات ظهرت الحاجة الماسة لحواسيب أسرع وبقدرات عالية. ويبدو أن حواسيب الترانزستور الحالية قد وصلت إلى أقصى قدراتها وذلك لصعوبة وزيادة تكلفة تصنيع ترانزستورات أصغر من الحالية التي أصبح مقاسها (بعدها) الآن حوالي 10 نانومترات.
فكر العلماء منذ عدة عقود في استخدام الإلكترونات والذرات والأيونات وهي غاية في الصغر (micro systems) بدلاً من الترانزستورات في صناعة الحاسوب. وكان عالم الفيزياء الأمريكي ريتشارد فاينمان (1988 - 1918،R .Feynman) الحاصل على جائزة نوبل في الفيزياء للعام 1965 أول من اقترح عام 1981 استخدام هذه الأنظمة لصناعة حاسوب كمي، فالطبيعة ــ كما قال ــ كمية في سلوكها وتحتاج لحاسوب كمي لمحاكاة عملياتها بدقة تامة.
يعمل حاسوب الكم على التوازي تبعاً للقوانين الكمية، إذ تبدأ جميع العمليات معاً في نفس اللحظة. أما حاسوب الترانزستور فيعمل على التوالي فلا تبدأ العملية الثانية إلا بعد الانتهاء من العملية الأولى، وهكذا تزيد خاصية العمل على التوازي من سرعة وقدرة الحاسوب الكمي بصورة كبيرة جداً مقارنة مع الحاسوب العادي. فإذا استخدمنا حاسوباً عادياً بأربعة بتات (4 bits) فيمكن خزن 16 معلومة في ذاكرته يتعامل معها بصورة فردية واحدة تلو الأخرى. أما في حالة حاسوب كمي يستخدم 4 بتات كمية (4 qubits) فإن عدد الحالات الكمية لا يتغير ويبقى 16 حالة أو معلومة يتعامل معها الحاسوب الكمي جميعاً في آن واحد أي في اللحظة نفسها، مما يؤدي لزيادة سرعة وقدرة الحاسوب الكمي بصورة أسية. تعادل حالات حاسوب الكم في هذه الحالة حوالي اثنين للقوة 16 وتساوي 65536 حالة من حالات الترانزستور العادي. أما إذا كان عدد بتات الكم أكبر من ذلك، فإن السرعة والقدرة تكونان أضعاف ذلك. لقد قال نيفان (H .Nevan) رئيس دائرة البرمجة في جوجل في أحد المؤتمرات التي عقدت أخيراً أن ما ينجزه حاسوب الكم (D Wave) في ثانية واحدة فقد يستغرق الحاسوب الشخصي فيه حوالي 10 آلاف عام من العمل المتواصل. يتوقع العلماء أن يبدأ استخدام حاسوب الكم بصورة تجارية خلال الأعوام القليلة القادمة، وسنناقش بعض مناحي الحياة التي سوف يؤثر عليها استخدام الحاسوب بصورة كبيرة.
الأحوال الجوية وحالة الطقس
إن معرفة الأحوال الجوية بدقة في غاية الأهمية لتجنب كثير من الخسائر البشرية والمادية عند حدوث الأعاصير والموجات الحارة الشديدة. يتطلب ذلك معرفة الكثير من العوامل، مثل درجة الحرارة والضغط الجوي والرطوبة النسبية وسرعة واتجاه حركة الرياح وغيرها في أماكن متعددة وعلى ارتفاعات مختلفة في اللحظة نفسها. ولا يمكن للحاسوب العادي إنجاز كل ذلك بالسرعة المطلوبة، ولا يمكن بالتالي معرفة الأحوال الجوية بدقة كبيرة في الوقت الحالي وتبقى نوعا من التنبؤ والتخمين. يمكن لحاسوب الكم الذي يعمل على التوازي أن ينجز المهمة بسرعة كبيرة ويحدد مكان وزمان حدوث العاصفة بكل دقة. كما يمكن لحاسوب الكم أن يحدد بدقة زمن ومكان تساقط الأمطار أو الثلوج وكميتها. إن معرفة الأحوال الجوية بدقة في الوقت المناسب قد توفر كثيراً من الأموال التي تهدر بسبب التغيرات الحادة في الأحوال الجوية.
المواصلات براً وجواً
يحتاج الأمر في بعض الأحيان إلى الانتقال أو لنقل البضائع بين عدد كبير من المحطات براً أو جواً، نتيجة لتغير واختلاف أحوال الطرق أو مسارات الطيران وتعددها، فإن ذلك يستلزم حساب زمن الانتقال بسرعة كبيرة. يمكن لحاسوب الكم الذي يعمل على مبدأ التوازي حساب زمن جميع الرحلات في اللحظة نفسها وتحديد المسار المناسب للانتقال، أما الحاسوب العادي الذي يعمل على التوالي، فلا يمكنه عمل ذلك لحسابه زمن كل رحلة بصورة منفصلة.
أسواق المال
إن متابعة أسعار أسهم البورصة وأسعار العملات والمعادن الثمينة، مثل الذهب والفضة وغيرهما عملية مهمة لرجال الأعمال. يعتمد تغير الأسعار على عدد كبير جدا من العوامل التي لا يمكن للحاسوب العادي تحليلها في الوقت المناسب. إن استخدام حاسوب الكم لمثل هذه العمليات في غاية الأهمية لرجال الأعمال والاقتصاد، لأنه يوفر لهم معلومات مهمة في الوقت المناسب، ويمكن أن يساهم ذلك في تطوير الاقتصاد.
علاج بعض المرضى
نلاحظ جميعا معاناة مرضى السرطان عند خضوعهم لجرعات علاجية إشعاعية أو كيميائية. تنبع المعاناة من عدم المعرفة الدقيقة لمكان ومقدار الجرعة مما يؤثر على الخلايا السليمة. يمكن لحاسوب الكم بقدرته وسرعته حساب مكان ومقدار الجرعة بدقة كبيرة، ليكون التأثير فقط على الخلايا المريضة، حيث يقلل ذلك من معاناة المرضى ويسارع في شفائهم.
الكون والحياة
إن نشأة وتطور الكون من القضايا التي لم يتمكن العلماء من حسمها حتى الآن. وقد تم بناء تلسكوبات ضخمة لهذا الغرض المهم. ويعتبر تلسكوب مصفوفة الكيلومتر المربع، وهو مشروع دولي سينتهي العمل به في كل من أستراليا وجنوب إفريقيا في العام الحالي من أهم وأضخم هذه التلسكوبات. تزيد المعلومات التي سوف يستقبلها التلسكوب عن تلك الموجودة خلال شبكة الإنترنت العملاقة، ويقدر العلماء أن هذه المعلومات بحاجة لأكثر من 100 مليون حاسوب شخصي لمعالجتها. يمكن لحاسوب كم معالجة هذه المعلومات خلال فترة وجيزة. وهنالك أيضاً تلسكوبات أخرى ضخمة تجمع معلومات هائلة عن الكون وبحاجة لحواسيب الكم من أجل تحليلها.
هنالك أيضاً قضية الحياة سواء بصورتها البسيطة أو المتطورة الذكية في أماكن أخرى من الكون. لقد اكتشف العلماء عدداً كبيراً من الكواكب التي قد توجد عليها حياة ولكن فحصها جميعا بصورة دقيقة يحتاج لكثير من الجهد والمال والوقت. ويمكن لحاسوب الكم أن يحلل معلومات هذه الكواكب لتحديد أيها أكثر احتمالا لوجود الحياة من أجل دراسته بصورة دقيقة.
بدأت عملية البحث عن الحياة الذكية المتطورة (SETI) في الكون في بداية ستينيات القرن الماضي. وشارك في عملية البحث علماء وجامعات ومؤسسات مرموقة كثيرة. من أشهر المؤسسات التي تكونت لهذا الغرض عام 1984 مؤسسة (SETI Institute) وهي مؤسسة علمية تعليمية تطوعية غير ربحية. وتستخدم هذه المؤسسة تلسكوبات عملاقة في محاولة لالتقاط رسائل صادرة عن حضارات أخرى في الكون. تجمع هذه المؤسسة معلومات ضخمة يصعب تحليلها خلال فترة معقولة. وكتب فريق البرمجة للمؤسسة وهم متطوعون من جامعتي بيركلي وكاليفورنيا برنامج حاسوب خاص (seti@home) يمكن لمستخدم أي حاسوب شخصي تنزيله على القرص الصلب، حيث يعمل بصورة آلية على تحليل بعض معلومات المؤسسة دون أن يؤثر على عمل الحاسوب العادي اليومي. وقد بلغ عدد مستخدمي البرنامج حوالي 4 ملايين شخص حللوا حوالي 7 مليارات إشارة التقطها تلسكوب المؤسسة دون الحصول على أي رسالة قادمة من الحضارات الأخرى. ومع ذلك فإن المعلومات التي مازالت بحاجة للتحليل هائلة وبحاجة لحاسوب الكم لإنجاز تحليلها خلال فترة زمنية معقولة.
الشيفرة وسرية المعلومات
استخدمت الشيفرة (علم التشفير cryptography) للحفاظ على سرية المعلومات والتعليمات منذ القدم. ازدادت الحاجة لها مع شيوع استخدام الحواسيب والإنترنت. إن السرية ليست مطلقة ونسمع كثيراً عن متطفلين (hackers) يقتحمون مواقع في غاية السرية، مثل وزارة الدفاع الأمريكية والبيت الأبيض وبعض البنوك وغيرها من المؤسسات المهمة. أما في حالة استخدام حاسوب الكم فلا يمكن اقتحام المواقع والوصول إلى المعلومات السرية، وذلك لتعقيد أمور الشيفرة ووجود مليارات الاحتمالات المختلفة التي لا يستطيع أحد تجربتها جميعها. وحتى في حال اقتحام الموقع فإن المعلومات تدمر نفسها ولا يمكن الوصول إلى أي منها. إن استخدام حاسوب الكم يحافظ على السرية بصورة شبه مطلقة. ومع ذلك فإن هنالك خطورة تقلق العلماء والخبراء لأن استخدام حاسوب الكم يمكن الشخص من معرفة الشيفرة لأي حاسوب عادي. يشكل ذلك خطورة كبيرة على سرية معلومات الأفراد والشركات الصغيرة التي لا تحتاج إلى حاسوب الكم في عملها. كما أن استخدام حاسوب الكم يعرض معلومات شبكة الإنترنت وخاصة السرية منها للخطر. ولقد تمكن باحثون من معهد (MIT) وعلى سبيل التجربة من بناء حاسوب كم يستخدم 5 بتات كمية قادر على فك شيفرة أي حاسوب عادي. ويعمل الخبراء على دراسة وإيجاد الحلول لهذه المشكلة الخطيرة المعقدة.
تعليم الآلة والذكاء الاصطناعي
يعني مصطلح تعليم الآلة (machine learning) برمجتها لاستخدام التجارب والأعمال السابقة والاستعانة بها مستقبلا، محاكية بذلك عملية التعلم عند الإنسان. ويؤدي تعليم الآلة لما يعرف بالذكاء الاصطناعي (Artificial Inelegance AI)، وقد بدأ العلماء باستخدام هذا المصطلح في منتصف القرن الماضي. يعني الذكاء الاصطناعي من ناحية عملية برمجة الحاسوب أو الآلة ليسلك سلوكاً مشابها لسلوك الإنسان من ناحية الإجراءات وعملية اتخاذ القرارات التي تزيد فرص النجاح. ويمكن لحاسوب الكم مثلاً أن يصحح الأخطاء التي تحدث أثناء العمل بصورة ذاتية، كما يمكنه تعديل الكود (code) لبرنامج سبب كثيرا من المشاكل أثناء عملية التنفيذ. ويعتمد الذكاء الاصطناعي على التغذية الراجعة (feedback) التي يمكن تحديدها من حسابات تعتمد على كثير من الاحتمالات التي قد يعجز الحاسوب العادي عن عملها. ويعتبر الذكاء الاصطناعي تخصصاً أساسياً في دراسة علم وهندسة الحاسوب.
واستخدم تعليم الآلة والذكاء الاصطناعي في برمجة الإنسان الآلي (الروبوت robot) وفي برمجة بعض الهواتف النقالة (الموبايل) الذكية لتميز الأصوات والترجمة بين اللغات. يعمل فريق جوجل الذي يزيد على 130 خبيراً على برنامج لتمييز السيارات في الشوارع خدمة لسيارة جوجل ذاتية القيادة (من دون سائق). وقد أنفق على البرنامج حتى الآن حوالي 1.1 مليار دولار. أما شبكة التواصل الاجتماعي المعروفة (facebook) فقد استحدثت أربعة مختبرات للذكاء الاصطناعي لتحليل اللغات وتمييز الصور لحذف غير المناسبة منها بصورة آلية. وفي بحث مهم نشر حديثاً (سبتمبر 2017) تمكن باحثون من جامعة باري (Bari University) الإيطالية من استخدام الذكاء الاصطناعي لتحديد احتمال إصابة الدماغ بمرض الزهايمر قبل حدوثه بعشر سنوات. استخدم الباحثون الذكاء الاصطناعي وصور الرنين المغناطيسي (MRI) لرصد التغيرات التي تحدث في الدماغ والمرتبطة بالمرض قبل حدوثه بفترة طويلة. واستخدم الذكاء الاصطناعي قديماً أيضاً في برمجة بعض الألعاب وخاصة لعبة الشطرنج حيث تغلب حاسوب (IBM) على بطل اللعبة عام 1997.
يتخوف بعض العلماء ورجال السياسة من كل ذلك وما قد ينتهي إليه، فقد يعيد الإنسان الآلي برمجة نفسه مما قد يسبب مشاكل لا أحد يقدر مدى خطورتها ولا إلى أين سوف تنتهي. وقد حذر عالم الفيزياء المعروف ستيفان هوكينج (S. Hawking Professor) حديثاً (Cambridge News |UK، November 2017) من أن الروبوت قد يصل إلى مستوى عال من الذكاء ويتفوق على الإنسان ويتحول إلى نوع جديد من الحياة بديلاً للجنس البشري. كما أن الرئيس الروسي فلاديمير بوتين أبدى مخاوف مماثلة وسأل كبير خبراء الروس عن زمن حدوث هذا الأمر الخطير، فأجاب بأنه يتمنى ألا يحدث. وكذلك الفيزيائي ورجل الأعمال الملياردير إيلون ماسك (Elon Musk) وهو أمريكي ذ كندي الجنسية من أصول إفريقية فقد طالب بتقنين وضبط الأبحاث في مجال الذكاء الاصطناعي.
التفاعلات الكيميائية وصناعة الأدوية:
إن التركيب الإلكتروني للذرات والجزيئات وتفاعلاتها تحمل طبيعة كمية وعملية محاكاتها (simulation) أو التنبؤ بنتائجها معقدة ولا يمكن للحاسوب العادي إنجازها في وقت معقول. إن محاكاة تركيب جزيء بسيط مكون من عدة ذرات قد يستغرق الحاسوب العادي أكثر من 10 أيام من العمل المتواصل. أما إذا تحدثنا عن جزيء حيوي مثل الكولسترول (cholesterol) فإن الحاسوب العادي يحتاج لعقود لمحاكاته. يظهر من ذلك أهمية استخدام حاسوب الكم لمثل هذه العمليات المعقدة التي يعجز الحاسوب العادي عنها.
تمكن فريق من جوجل بالتعاون مع باحثين من عدة جامعات مثل هارفارد وبركلي ولندن لأول مرة من محاكاة التركيب الإلكتروني لجزيء الهيدروجين وهو أبسط الجزيئات. واستخدم الباحثون حاسوباً كمياً مكوناً من ذرتين فقط (أي 2 بت كمية) في هذه التجربة. وتمكن الباحثون لأول مرة من قياس الطاقات والتفاعلات المختلفة بدقة كبيرة. كما استطاع باحثون من شركة (IBM) في بحث حديث نشر في الدورية العلمية المشهورة نيتشر (Nature ، September ، 13 ، 2017) محاكاة التركيب الإلكتروني لجزيء (Beryllium Hydride BeH2) وهو أكبر جزيء تمت محاكاته باستخدام حاسوب الكم حتى الآن. واستخدم الباحثون 6 بتات كمية من بتات حاسوب كمي يحوي 7 بتات لحساب طاقة الحالة الأرضية أو الأولية وهي أقل طاقات الجزيء. تفتح هذه التجربة المهمة الباب على مصراعيه لدراسة جزيئات أكثر تعقيداً ولا يمكن دراستها باستخدام الحاسوب العادي.
إن استخدام حواسيب الكم السريعة مهم جداً في صناعة المواد وعلى الخصوص الأدوية. فصناعة الأدوية عملية معقدة وتحتاج إلى كثير من الجهد والوقت والمال، ويعود ذلك لوجود ملايين احتمالات التراكيب المختلفة التي يجب دراستها جميعها قبل الوصول ومعرفة التركيب المناسب. يمكن لحاسوب الكم اختصار كل ذلك والوصول إلى التركيب المناسب خلال فترة قصيرة موفراً كثيراً من الجهد والمال. ويمكن استخدام الحاسوب أيضاً في صناعة بعض المواد الخاصة للطائرات والأسلحة وغيرها.
هنالك سباق محموم في الوقت الحاضر بين الجامعات والمؤسسات ومراكز البحوث لصناعة حواسيب كمية بعدد كبير من البتات الكمية (qubits) لمعالجة قضايا لا يمكن معالجتها بالحاسوب العادي. إن حاسوب الكم في هذه الحالة بحاجة على الأقل إلى 49 بت كمية. وقد صرح لوكين (M. Lukin) أستاذ الفيزياء بجامعة هارفارد (يوليو 2017) بأنه تمكن وفريقه من صناعة حاسوب كمي يستخدم 51 بت كمية وهو الأول من نوعه في العالم. كما أن فريق «ميكروسوفت» (Microsoft) المكون من حوالي 40 باحثاً وخبيراً يعمل منذ حوالي عشر سنوات على نوع آخر من الحاسوب الكمي الذي يستخدم جسيمات افتراضية (quasiparcicles) غير مادية بدلاً من الجسيمات المادية، مثل الإلكترونات والذرات والأيونات المستخدمة في الحاسوب الكمي العادي. يبتكر ويستحدث الفريق نظام تشغيل كمي جديداً (لم يطلق عليه اسماً حتى الآن) ولغات برمجة كمية لهذا النوع من الحاسوب الكمي الذي يطلق عليه اسم (topological quantum computer). إن وحدة المعلومات الكمية لهذا النظام (topological Qubit) مستقرة جداً ولا تتأثر بالضوضاء مثل وحدات الكم العادية.
تفاعل الجسيمات الأولية
نجح الباحث لانجين (B. Langen) ومعاونوه من جامعة انسبورك (Innsbruck) النمساوية لأول مرة في صناعة حاسوب كمي بسيط مكون من أربعة أيونات من الكالسيوم. وتمكن الباحثون من حجز هذه الأيونات الأربعة في صف واحد في الفراغ بواسطة مصيدة كهرومغناطيسية (electromagnetic trap) وحصلوا بذلك على حاسوب كمي بأربعة بتات كمية (4 qubits). استطاع الفريق تغيير حالات هذه الأيونات مثل الطاقة والمجال المغناطيسي بواسطة نبضات من أشعة الليزر. وتمكن الباحثون من تحويل الطاقة (الفوتونات) إلى إلكترونات (مادة) وبوزيترونات (مادة مضادة) وتطابقت النتائج بصورة ممتازة مع الحسابات النظرية. ويحاول الفريق في الوقت الحاضر تطوير التجربة باستخدام 10 أيونات، وتواجههم كثير من المشاكل التي يحاولون معالجتها والتغلب عليها. إن تطوير التجربة سيمكن من دراسة أنظمة أكثر تعقيداً، مثل تركيب البروتون الذي يتكون من جسيمات أولية تعرف بالكوارك وتركيب النواة التي تتكون من بروتونات ونيوترونات. كما يحاول العلماء اختبار بعض نتائج نظرية الكم التي بني الحاسوب على أساسها. تفترض النظرية أن الفراغ ليس فراغاً مطلقاً وإنما يحوي نوعاً معيناً من الجسيمات الشبحية (ghostly particles) التي تظهر وتختفي بصورة مستمرة. ويحاول العلماء إنتاج هذه الجسيمات من الفراغ باستخدام حاسوب كم متطور ■