رؤية الحوسبة الكمومية لشركة IBM للمستقبل

جينيا كروسمان متعلمة مدى الحياة ومتحمسة لمساعدة الناس على فهم واستخدام الحوسبة الكمومية لحل المشاكل الأكثر تعقيدًا في العالم.

لذا، فهي متحمسة لأن الحوسبة الكمومية ستكون في دائرة الضوء هذا العام. أعلنت اليونسكو عام 2025 سنة دولية لعلوم وتكنولوجيا الكم. إنها أيضًا الذكرى المئوية لكتاب الفيزيائي فيرنر هايزنبرج “حول إعادة التفسير النظري الكمي للعلاقات الحركية والميكانيكية”، وهو أول بحث منشور حول ميكانيكا الكم.

كروسمان، عضو IEEE، هو مستشار استراتيجية الكم في شركة IBM في ألمانيا. بصفتها موظفة بدوام كامل، تقوم بتنسيق وإدارة خمس مجموعات عمل تركز على تطوير الحلول القائمة على الكم للمشاكل قصيرة المدى في الرعاية الصحية وعلوم الحياة، وعلوم المواد، وفيزياء الطاقة العالية، والتحسين، والاستدامة.

حضرت أسبوع IEEE Quantum Week السنوي السادس، الذي عقد في الفترة من 31 أغسطس إلى 5 سبتمبر في البوكيرك. حدث هذا العام، المعروف أيضًا باسم مؤتمر IEEE الدولي حول الحوسبة الكمومية والهندسة، يمثل المرة الأولى التي يقوم فيها خبراء ومتعاونون من مجموعات العمل التي أنشأتها شركة IBM والمجتمع بتقديم أبحاثهم معًا علنًا.

يقول كروسمان: “لقد حصلنا على تعليقات ومعلومات رائعة حول تحديد السمات المشتركة بين المجموعات”. “لقد استمع الجمهور إلى أمثلة من الحياة الواقعية لفهم كيفية تطبيق الحوسبة الكمومية على سيناريوهات مختلفة وكيفية عملها.”

تدرك كروسمان أهمية مشاركة الأبحاث أكثر من غيرها لأنها تعمل عند تقاطع أبحاث الحوسبة الكمومية والتطبيق العملي. وتقول إن المجال الكمي قد يبدو مخيفًا، لكنك لا تحتاج إلى فهمه لاستخدام الكمبيوتر الكمي.

وتقول: “يمكن لأي شخص استخدام واحدة”. “وإذا كنت تعرف لغات البرمجة مثل بايثون، فيمكنك برمجة الكمبيوتر الكمي.”

أساسيات الحوسبة الكمومية

تتمتع شركة IBM بتاريخ طويل في مجال الحوسبة الكمومية. يُطلق على عضو IEEE تشارلز بينيت، وزميل IBM، لقب أبو نظرية المعلومات الكمومية لأنه كتب الملاحظات الأولى حول هذا الموضوع في عام 1970. وفي مايو 1981، عقدت IBM ومعهد ماساتشوستس للتكنولوجيا أول مؤتمر لفيزياء الحساب.

يقول كروسمان: “غالبًا ما تُستخدم الحوسبة الكمومية لوصف جميع الأعمال الكمية، بما في ذلك العلوم الكمومية والتكنولوجيا الكمومية. يتضمن هذا المجال مجموعة متنوعة من التقنيات، بما في ذلك أجهزة الاستشعار والأرصاد الجوية والاتصالات.

تستخدم أجهزة الكمبيوتر الكلاسيكية البتات، وتستخدم أجهزة الكمبيوتر الكمومية البتات الكمية، والتي تسمى كيوبت. يمكن للبتات الكمومية أن تتواجد في أكثر من حالة في وقت واحد (واحد وصفر)، وهو ما يُعرف بالقدرة على الوجود في حالة “التراكب”.

يمكن لأجهزة الكمبيوتر التي تستخدم الكيوبتات تخزين ومعالجة المعلومات والبيانات المعقدة للغاية بشكل أسرع وأكثر كفاءة، وربما تستخدم طاقة أقل بكثير من أجهزة الكمبيوتر التقليدية.

مع كل هذه القوة والقدرة على المعالجة، أصبحت أجهزة الكمبيوتر الكمومية معقدة ولا تزال غير مفهومة بالكامل. يقول كروسمان إن المهندسين يعملون على جعل الحوسبة الكمومية في متناول الجميع، حتى يتمكن المزيد من الناس من فهم كيفية التعامل مع التكنولوجيا.

مستوحاة من والدها و IEEE

نشأ كروسمان في الشاطئ الشمالي لبوسطن، وقضى العديد من فترات الصباح الصيفية في التفكير في أحدث إصدارات مجلة IEEE الطيف و العلمية الأمريكية مع أختها الكبرى. والدها، أنتوني كروسمان، هو مهندس كهرباء وإلكترونيات وعضو مدى الحياة في IEEE. كثيرا ما كان يناقش مفاهيم العلوم والهندسة مع بناته.

تقول كروسمان، إذا نظرنا إلى الوراء، إنها ترى القراءة نطاق كمقدمة أولى لكيفية تقديم الأبحاث.

وتقول: “لقد أحببت القراءة عن الأبحاث الجديدة وما يمكن فعله بها”. “لقد ساعدني ذلك في توجيهي نحو الهندسة كمهنة.”

عندما التحقت بجامعة ماكجيل في مونتريال عام 2011 للحصول على درجة البكالوريوس في الفيزياء، أهداها والدها عضوية طلابية في IEEE.

وتقول: “إن مونتريال مدينة جميلة ومبدعة، ومن السهل نسبيًا السفر إليها من بوسطن خلال يوم واحد”. “بالإضافة إلى ذلك، كانت المدرسة معروفة ببرنامجها الفيزيائي.”

وبعد عامين، تركت الدراسة وانتقلت إلى باريس حيث عملت في مقهى. وبعد عام، في عام 2014، التحقت ببرنامج درجة الفيزياء في جامعة ماساتشوستس، أمهيرست.

في صيف عام 2016، أوصى بها مستشار كروسمان الجامعي، البروفيسور ستيفان ويلوك، لمشروع بحثي في ​​مختبر تكنولوجيا الأنظمة الدقيقة داخل قسم الهندسة الكهربائية بمعهد ماساتشوستس للتكنولوجيا.

“غالبًا ما تُستخدم الحوسبة الكمومية لوصف جميع الأعمال الكمومية، بما في ذلك الحوسبة الكمومية، وعلم الكم، والتكنولوجيا الكمومية.”

وتقول: “لقد كنت أجري بحثًا” مع ويلوك، “وكان يعلم أنني أفكر في الالتحاق بالهندسة الكهربائية، لذلك اقترح أن أتقدم بطلب للحصول على فرصة البحث الصيفية هذه”.

بصفتها باحثًا مساعدًا، قامت بفحص نقل الناقل في الترانزستورات والثنائيات المصنوعة من مواد ثنائية الأبعاد.

وتقول إنها، بعد تخرجها بدرجة البكالوريوس في الفيزياء في عام 2017، خططت في البداية للالتحاق مباشرة بكلية الدراسات العليا، لكنها لم تكن متأكدة مما تريد التركيز عليه. أحالها صديق وزميل سابق في دورة ميكانيكا الكم الجامعية إلى وظيفة شاغرة في مجال الحوسبة الكمومية في شركة Rigetti Computing في بيركلي، كاليفورنيا.

تم تعيينها كمهندس كم مبتدئ. لقد بدأت بإنشاء النموذج السابق لقاعدة بيانات الأجهزة الأولى للشركة ثم المخطط الخاص بها. ثم قامت بتصميم وتصميم ومحاكاة الأجهزة الكمومية مثل دوائر أجهزة الكمبيوتر الكمومية فائقة التوصيل، بما في ذلك بعض المستخدمة في الأنظمة الكمومية الأولى التي تم نشرها. كما قامت بإدارة منشأة التصنيع في بيركلي.

وفي هذا الدور، تعلمت الكثير عن الهندسة الكهربائية وهندسة الموجات الدقيقة، كما تقول، مما مكنها من التعرف على النمذجة الحاسوبية. وتقول إن ذلك قادها إلى فهم أفضل للتطبيقات العملية للحوسبة الكمومية. إن معرفتها الجديدة جعلتها “ترغب في معرفة لماذا وكيف يستخدم الناس التكنولوجيا الكمومية”، كما تقول، وهكذا أصبحت مهتمة باحتياجات المستخدمين النهائيين.

لتعزيز مسيرتها المهنية، غادرت ريجيتي في عام 2020 وانتقلت إلى ألمانيا لمتابعة درجة الماجستير المزدوجة في الرياضيات الحسابية والتطبيقية من خلال برنامج مشترك بين جامعة دلفت للتكنولوجيا والجامعة التقنية في برلين. وتقول إنها عندما بدأت برنامج الماجستير لأول مرة، عرض عليها موظفو التوظيف في شركة IBM وظيفتين، لكنها رفضت لأنها أرادت إنهاء شهادتها.

خلال دراستها، عملت مع معلمتها إليسكا غريبلوفا، الأستاذة المشاركة في جامعة دلفت، التي دعت كروسمان للانضمام إلى مجموعتها البحثية في مجال المادة الكمومية والذكاء الاصطناعي. تعلمت كروسمان عن المادة المكثفة، والتعلم الآلي، والتعلم الكمي، وشاركت في المناقشات حول الآثار المترتبة على التقنيات.

على الرغم من كونها تجربة رائعة، إلا أنها قادتها في النهاية إلى اتخاذ قرار بعدم متابعة درجة الدكتوراه، كما تقول، لأنها استمتعت بالعمل في الصناعة، وهذا هو المكان الذي أرادت أن تكون فيه على المدى الطويل.

لقد خططت لتركيز أطروحة الماجستير الخاصة بها على الحوسبة الكمومية من وجهة نظر المستخدم النهائي، لكنها تحولت إلى الكتابة حول دمج الخصائص الطوبولوجية في الأجهزة فائقة التوصيل.

تخرجت في عام 2022. وفي يناير 2023، قبلت وظيفة بدوام كامل في شركة IBM Research في ألمانيا كمستشارة لاستراتيجية الكم، لدعم عملاء المؤسسات. منذ ذلك الحين، تغيرت وظيفتها إلى قيادة المشاركة الفنية، والإشراف على مجموعات العمل الكمية الخمس.

وهي أيضًا جزء من الفريق الذي يشرف على مبادرة الحوسبة المسؤولة للشركة. تُعرّف شركة IBM الحوسبة الكمومية المسؤولة بأنها النوع الذي “يدرك تأثيراته”. وتقول الشركة إنها تريد التأكد من أنها تطور وتستخدم الحوسبة الكمومية بما يتماشى مع مبادئها.

ويقول كروسمان إن مجموعات العمل، التي أنشأتها شركة IBM وباحثون من منظمات أخرى في عام 2022، تعالج المشكلات قصيرة المدى وتبحث عن حلول كمية ومتعددة التخصصات في مجال تركيزها.

وتقول إن المجموعات مدفوعة بالمجتمع، حيث يتعاون الباحثون من الخلفيات الكمومية وغير الكمومية لتحديد المشكلات الرئيسية، وتحديد ما يجب متابعته، وتجميع خبراتهم لسد الفجوات، مما يسمح لهم بالنظر إلى المشكلات بشكل كلي. تنشر المجموعات بانتظام الأوراق وتجعلها متاحة للجمهور.

تتمثل مهمة كروسمان في دعم الباحثين، وتحديد الموارد، ومساعدتهم على استخدام نظام IBM البيئي، وتحديد الخبراء للإجابة على الأسئلة المتخصصة. وينصب تركيزها الآخر على المستخدمين النهائيين، أي الأشخاص الذين سيوظفون الأبحاث الناشئة عن مجموعات العمل. وتقول إنها تسعى إلى فهم احتياجاتهم وكيفية دعمهم بشكل أفضل.

وتقول: “إنني أستمتع حقًا بهندسة الكم، والعمل مع الجميع، لأنه مجال متعدد التخصصات”. “إنه يجمع بين حل المشكلات والإبداع. إنه بالفعل في مرحلة مثيرة من التطور.”

تقول كروسمان إنها مع هذا الزخم الكبير، فهي حريصة على رؤية أين ستتجه التقنيات الكمومية بعد ذلك.

وتقول: «عندما بدأت التعلم عن ميكانيكا الكم عندما كنت في المرحلة الجامعية الأولى، لم يكن هناك الكثير من المعلومات المتاحة.» “كانت بداية مسيرتي المهنية عندما كانت صناعة الحوسبة الكمومية في بداياتها. وأنا ممتن حقًا لذلك.”

البقاء على اطلاع على الأبحاث

وتقول إن كونها عضوًا في IEEE يسمح لكروسمان بالبقاء على اطلاع دائم بالأبحاث في مجالات متعددة، وهذا مهم لأن معظمها “أصبح أكثر تعددًا في التخصصات، وخاصة الحوسبة الكمومية”.

وتقول إنها تتطلع إلى التعاون بشكل أكبر مع أعضاء IEEE الذين يعملون في مجال الحوسبة الكمومية.

وتقول: “لطالما وجدت IEEE مفيدًا”. “يمكنني التعرف على الأبحاث الجديدة في مجالي ومجالات أخرى، ولقد استمتعت حقًا بحضور أسبوع الكم لهذا العام.”