، مقالات،

رحلة الحوسبة الكمومية من Hausi Müller



عندما بدأ Hausi A. Müller في إجراء البحوث حول الحوسبة الكمومية قبل عقد من الزمان ، كان متحمسًا لإمكانيات التكنولوجيا لتطبيقات الهندسة وعلوم الكمبيوتر. تعمل الحوسبة الكمية على الاستفادة من مبادئ ميكانيكا الكم لمعالجة المشكلات التي تتجاوز قدرات أجهزة الكمبيوتر الكلاسيكية.

على الرغم من أنه مر 100 عام على اكتشاف ميكانيكا الكم ، إلا أن تطبيقات كيفية استخدامها أصبحت الآن حقيقة واقعة. من المتوقع أن تقدم التكنولوجيا مجالات الذكاء الاصطناعي والأمن السيبراني واكتشاف المخدرات والتمويل والمزيد.

Hausi A. Müller

صاحب العمل:

جامعة فيكتوريا ، في كولومبيا البريطانية ، كندا

عنوان:

أستاذ علوم الكمبيوتر

درجة الأعضاء:

عضو كبير في الحياة

ألما ماترز:

إيث زيوريخ وجامعة رايس ، في هيوستن

يقول مولر ، أستاذ هندسة البرمجيات بجامعة فيكتوريا ، في كولومبيا البريطانية ، كندا: “شعرت كطفل في متجر الحلوى”. “مع الحوسبة الكمومية ، يمكنك الآن محاكاة الأشياء بسرعة لم يكن من الممكن القيام بها من قبل. في اكتشاف المخدرات ، على سبيل المثال ، يمكنك اللعب مع جزيئات على جهاز الكمبيوتر الخاص بك واستكشاف أفكار جديدة دون توليف مركبات جسدية في المختبر ، وتوفير الوقت والموارد.”

لطالما كان عضو IEEE Life واثقًا من أن العلوم الكم ستقلع. كان متطوعًا نشطًا لأكثر من 40 عامًا ، أقنع IEEE في عام 2019 بأن يصبح أكثر مشاركة في العلوم والهندسة لتقنيات الحوسبة الكمومية. ما بدأ كإرشادات مستقبلية IEEE ، بدعم من حفنة من الوحدات التنظيمية IEEE – تطورت إلى المجتمع الفني الكمومي IEEE العام الماضي ، بدعم من 11 وحدة.

في عام 2020 ، ساعد في العثور على مؤتمر IEEE الدولي للحوسبة والهندسة الكمومية (ENCCE) ، وهو جزء من أسبوع IEEE السنوي ، الذي أسسه أيضًا ، لتوفير منتدى متعدد التخصصات ومفتوح لمناقشة تحديات التكنولوجيا وفرصها.

جهود Müller و IEEE لتحفيز الحوسبة الكمومية لم تمر دون أن يلاحظها أحد. في فبراير / شباط ، حضر مولر ، رئيس IEEE كاثلين كرامر ، وغيرها من الشخصيات البارزة حفل اليونسكو في باريس ، حيث حددت الوكالة عام 2025 باعتبارها السنة الدولية للعلوم والتكنولوجيا.

برامج وباحث حوسبة الكم

أصبح مولر مهتمًا بالبرمجيات في منتصف الطريق من خلال برنامج درجة البكالوريوس في الهندسة الكهربائية في إيث زيوريخ ، كما يقول. كان مستوحى من أحد أساتذته ، نيكلاوس ويرث ، وهو عالم كمبيوتر سويسري صمم مودولا وأوبرون وباسكال ولغات البرمجة الأخرى.

يقول مولر: “في الهندسة الكهربائية ، لديك هذه الأجزاء الصغيرة اللطيفة للتجربة في المختبر. ولكن في البرامج ، تتم التجارب مع الورق والقلم الرصاص ، ويمكنك بناء آلات مذهلة بسرعة”. “هذا ما جذبني حقًا إلى هندسة البرمجيات.”

المهارات اللازمة لمهنة في الحوسبة الكمومية

هناك العديد من الفرص للأشخاص الذين يبحثون عن مهنة في تطوير وتشغيل أجهزة وبرامج الحوسبة الكمومية ، كما يقول مولر. تعتمد سهولة الانتقال إلى الحقل على خلفية المهندس في الأجهزة والبرامج والتطبيقات.

يقول: “الحوسبة الكمومية متعددة التخصصات” ، ولأنه ينجح ، نحتاج إلى علماء الكمبيوتر وجميع أنواع المهندسين ، وخاصة مهندسي البرمجيات “.

فيما يلي بعض المهارات يقول Müller يقول مهندسو الكم:

الجبر الخطي. هذه المعرفة التأسيسية ضرورية لميكانيكا المصفوفة والحوسبة الكمومية.

Qubits والحالات الكمومية. تعرف على كيفية اختلاف Qubits عن البتات الكلاسيكية ، بما في ذلك المفاهيم الكمومية الأساسية للتراكب والتشابك والتداخل.

البوابات الكمومية والدوائر والقياس. فهم كيفية معالجة حالات Qubit باستخدام البوابات وبناء دوائر الكم.

الخوارزميات والبروتوكولات الكمومية. تعلم الأساسيات لحل المشكلات ، والتعامل مع الإجراءات والخصائص التي تحكمها قوانين ميكانيكا الكم.

منصات البرمجيات الكمومية والبرامج الكمية الهندسية. كن بارعًا في Python بالإضافة إلى المنصات والمكتبات الكمومية مثل IBM’s Qiskit ، ومجموعات تطوير البرمجيات من Microsoft ولغة البرمجة Q# ، و CIRQ من Google ، و Xanadu’s Pennylane ، و D-Wave’s Leap ، و Amazon’s Braket ، و Nvidia’s Cuda-Q ، و Quitinuum’s TKK.

Qubit Technologies. تعرف على كيفية تنفيذ Qubits المادية مثل توصيل qubits transmon ، والأيونات المحاصرة ، و qubits الضوئية ، وكذلك تقنيات التحكم الخاصة بهم.

الميكروويف السيطرة على السيطرة. يعتمد التحكم الدقيق في Qubits الفائقة الموصل بشكل كبير على إشارات الميكروويف ، لذلك تعرف على توليد الميكروويف والتلاعب والقياس.

أشكال النبض لتصميم البوابة. يتم تنفيذ البوابات الكمومية عن طريق تطبيق نبضات على شكل بدقة – كهربائية أو بصرية – إلى Qubits ، لذلك فإن فهم تصميم النبض والتحكم فيه أمر بالغ الأهمية.

الأجهزة والقياس. تعلم كيفية استخدام الأدوات لتوليد إشارات التحكم وقياس حالات Qubit.

تصحيح الخطأ الكمومي. الأنظمة الكمومية عرضة للضوضاء ، والتي يمكن أن تقدم أخطاء في الحسابات. يعد فهم تصحيح الخطأ الكمي على مستويات مميزة من المكدس الكمومي ضروريًا لبناء أجهزة الكمبيوتر الكمومية التي تتحمل الأخطاء.

بعد تخرجه في عام 1979 ، انضم مولر إلى ABB ، وهي شركة عالمية لتكنولوجيا الكهرباء والأتمتة مقرها في زيوريخ. كان مسؤولاً عن إنشاء نظام لإدارة قاعدة البيانات على أجهزة الكمبيوتر PDP-11 لأنظمة التحكم المركزية. كان جزءًا من فريق يطور أنظمة التحكم في الطاقة والإشراف في كولومبيا وسنغافورة والسويد.

يقول مولر إنه يعتقد أن درجة متقدمة ستزيد من حياته المهنية ، وأراد إجراء أبحاث في تطور البرمجيات. في عام 1982 ، التحق بجامعة رايس ، في هيوستن ، للحصول على درجة الماجستير في علوم الكمبيوتر ، والتي حصل عليها في عام 1984. لقد استمتع بوجوده كثيرًا ، كما يقول ، لدرجة أنه بقي للحصول على درجة الدكتوراه. في نفس الموضوع في عام 1986.

أثناء تدريس دورات البرمجة في رايس ، قرر الانتقال إلى مهنة في الأوساط الأكاديمية ، لكنه لا يزال يحتفظ بالقدم في هذه الصناعة. أجرى بحثًا حول الحوسبة عالية الأداء وعمل على نطاق واسع مع IBM ، وهي علاقة حافظ عليها لأكثر من 30 عامًا. وقد عمل كمحقق رئيسي في العديد من مشاريع البحث التعاونية بما في ذلك تطوير برنامج الحوسبة الكمومية المختلطة والموزعة باستخدام Qiskit من IBM.

غادر رايس في عام 1986 للانضمام إلى جامعة فيكتوريا كأستاذ في علوم الكمبيوتر. خلال ما يقرب من 40 عامًا هناك ، شغل منصب عميد الأبحاث المساعد لمدة عقد. وهو المدير المؤسس لبرنامج درجة البكالوريوس المعتمد هندسة البرمجيات.

ركز أبحاثه في الغالب على هندسة البرمجيات للأنظمة التكيف الذاتي ، وأنظمة البرمجيات الذكية ، وإنترنت الأشياء ، والأنظمة المادية الإلكترونية الذكية. يركز اليوم بشكل أساسي على الحوسبة الكمومية. أكثر من 60 من أوراقه موجودة في مكتبة IEEE Xplore الرقمية.

وهو محقق رئيسي لمنحة كبيرة من مجلس الأبحاث الوطنية للعلوم والهندسة في كندا. يقوم المجلس بتجميع كونسورتيوم كمومي للبرامج ، وهو برنامج بحث متعدد التخصصات يهدف إلى تطوير أساليب وبرامج للحوسبة الكمومية الموزعة في كندا.

منتدى الكم

يفخر Müller بإنشاء IEEE Quantum Week ومؤتمر IEEE QCE. الآن في عامه الخامس ، أصبح المنتدى أكثر شعبية من أي وقت مضى. في العام الماضي ، حدث أسبوع IEEE Quantum في مونتريال ، حيث سحب 1600 مشارك من 52 دولة ، مع 60 في المائة من الصناعة.

هذا العام ، من المقرر عقد الحدث في الفترة من 31 أغسطس إلى 5 سبتمبر في البوكيرك. مولر هو رئيس مجلس إدارة البرنامج. ويقول إن IEEE Quantum Week 2025 سيشمل معارض رائعة ، مع وجود أكثر من 250 ورقة تقنية و 150 ملصقًا و 35 برامج تعليمية و 40 ورشة عمل ، بما في ذلك رواد الأعمال ورأسماليين المغامرة. ويقول إن البرامج التعليمية مصممة لتعزيز مجموعات مهارات الحوسبة الكمومية الأساسية التي يحتاجها العلماء والمهندسون ، وستضم ورش العمل خبراء من المجتمعات الكمومية.

يقول: “تتعاون بعض ورش العمل على مدار العام ثم تتجمع مرة أخرى في Quantum Week”. “أعتقد أن تأثير هذه المجتمعات الصغيرة المنفصلة التي بدأناها في Quantum Week قوية للغاية.

“الصناعة مهتمة جدًا بالتحدث إلى الأوساط الأكاديمية ، وبالطبع ، يريد الأكاديميون التحدث إلى الصناعة حقًا. منذ البداية ، قمنا بتصميم أسبوع IEEE كمية ليكونوا منتدى حيث يكون ذلك ممكنًا. الأنشطة سد الفجوة بين علم الحوسبة الكمومية وتطوير الصناعة المحيطة به.”

انضم مولر إلى IEEE في عام 1979 خلال حملة عضوية للطلاب في ETH.

يقول: “إن فرص العمل التطوعي هي ما يهمني ، ويمكنني أن أرى أنه سيفيد مسيرتي المهنية. لقد كان هذا صحيحًا بالتأكيد”. “أعتقد أن نوع التطوع الذي نقوم به داخل IEEE مهم للغاية للجيل القادم من المهندسين في الجامعات ، لأن المنظمة تساعد الجامعات على التواصل مع ما يجري في الصناعة.”

يشارك في جمعية الكمبيوتر IEEE ، وقد شغل منصب رئيس مجتمعها الفني في هندسة البرمجيات ، وكذلك نائب رئيس مجلس أنشطة المؤتمرات والتقنية. كان عضواً في لجنة المؤتمرات في IEEE.

تقديراً لتطوع مجتمع الكمبيوتر الخاص به ، حصل على جائزة القيادة التقنية والأنشطة التقنية في العام الماضي عن “الالتزام الثابت والمساهمات الاستثنائية في هندسة البرمجيات ، والحوسبة الكمية ، والأنشطة الفنية لـ IEEE CS.”

يقول: “أعتقد أن لدي تأثير على المهنة من خلال التطوع لتنظيم أحداث مثل Quantum Week”. “أحب أعمال المؤتمر لأن الناس يجتمعون ، وتبادل الأفكار ، والتعاون ، وحتى العمل معًا على مقترحات المنح البحثية. لقد كنت دائمًا متحمسًا لإنشاء المجتمعات والحفاظ عليها.”

من مقالات موقعك

المقالات ذات الصلة حول الويب

اترك تعليقاً

لن يتم نشر عنوان بريدك الإلكتروني. الحقول الإلزامية مشار إليها بـ *

زر الذهاب إلى الأعلى