ابتكر علماء من (معهد ماساتشوستس للتقنية) MIT الأمريكي لغةَ برمجةَ خاصة للحوسبة الكمومية، وذلك في خطوة قد تُمهّد الطريق للغات أخرى تجعل التحديات الفريدة للحوسبة الكمومية في متناول المُبرمجينَ.

ولكن قبل الحديث عن اللغة الجديدة، التي أطلق عليها علماء MIT اسم Twist، تَجدرُ الإشارة إلى أنّه على عكس أجهزة الحاسوب التقليدية التي تَستخدم )البتات( bits، فإن أجهزة الحاسوب الكمومية تَستخدم وحدة أخرى تُسمّى (الكيوبتات( quibits لترميز المعلومات كأصفار أو آحاد، أو كليهما في الوقت نفسه.

وإلى جانب مجموعةٍ من ميزات فيزياء الكَم، فإنّه يمكن لهذه الآلات؛ التي هي بحجم الثلاجة، معالجةِ مجموعةٍ كبيرةٍ من المعلومات، لكنّها بعيدة كلّ البُعد عن كونِها خاليةً من العيوب. وكما هو الحال بالنسبة للحواسيب التقليدية، فإن الحَوسبة الكمومية تحتاج إلى لغاتِ البرمجة القادرة على حساب الكوبتات على نحوٍ صحيح.

وتتطلب برمجة أجهزة الحاسوب الكمومية إدراكًا لشيءٍ يُسمى “التشابك”، ففي فيزياء الكَم يمكن لجسيمين أن يتشابكا على نحوٍ يجعل إحداث أي تغيير على أحدهما ينتقل إلى الآخر حتى وإن كانا منفصلين ماديًا وبينهما مسافات شاسعة، لذا حين يتشابك اثنان من الكيوبتات، فإن الإجراءات على أحد الكيوبتات يمكن أن يغيّر قيمة الآخر، بالتالي فإن التّخلص من كيوبت واحد – حين البرمجة – دون الانتباه إلى تشابكه مع كيوبت آخر قد يؤدي إلى تدمير البيانات المُخزّنة في الآخر، مما يعرّض صحة البرنامج للخطر.

ميّزات لغة Twist

وتمتاز لغة Twist التي ابتكرها علماء MIT أن تصف وتتحقق من الأجزاء المتشابكة من البيانات في أي برنامج كَمّي. ولإنشاء هذه اللغة الجديدة، استخدم العلماء مفهومًا يُسمّى (النقاء) Purity، وهو يفرض عدم وجود التشابك ويؤدي إلى برامج أسهل مع عددٍ أقل من الأخطاء.

وقال طالب الدكتوراه بقسم الهندسة الكهربائية وعلوم الحاسوب في MIT، والمؤلف الرئيسي للورقة البحثية الخاصة بلغة Twist (تشارلز يوان): “تتيح لغتنا Twist للمطوّر كتابة برامج كَمومية أكثر أمانًا من خلال الإعلان صراحةً متى يجب ألا يكون الكيوبت متشابكًا مع غيره. ونظرًا لأن فهم البرامج الكَمومية يتطلّب فهم التشابك، فإنّنا نأمل أن تُمهّد Twist الطريقَ للّغات التي تجعل التّحديات الفريدة للحوسبة الكَمومية في متناول المُبرمجين”.

وصُمّمت Twist لتكون معبّرةً بدرجة كافية لكتابة برامج للخوارزميات الكَمومية المعروفة وتحديد الأخطاء في تطبيقاتها. وقد قيّم العلماء التّصميم عن طريق تعديل البرامج لإدخال خطأ خفي نسبيًا يمكن للمُبرمِج البشري اكتشافه. وأظهر التّصميم أيضاً أن Twist قادرة على تحديد الأخطاء تلقائيًا ورفض البرامج.

وقال يوان: “بالنسبة لأولئك الذين يتخوّفون من سُمعةِ فيزياء الكَم “القذرة” في قدرتها على كسر أنظمة التشفير، فإنه لا يزال من غير المعروف جيدًا إلى أيِّ مدىً ستتمكن أجهزة الحاسوب الكَمومية من تحقيق وعود الأداء في الممارسة العملية. وهناك الكثير من الأبحاث التي تَجري في مجال التشفير ما بعد الكَم، والتي توجد لأن الحوسبة الكَمومية ليست كلّها قوية. فحتى الآن، هناك مجموعة معينة من التطبيقات طوّر فيها الأشخاص خوارزميات وتقنيات يمكن للحاسوب الكَمومي أن يتفوق فيها على أجهزة الحاسوب التقليدية”.

وباستخدام Twist، يخطّط العلماء بشكلٍ أكبر لإنشاء لغات برمجة كَمومية عالية المستوى.