The promise of quantum computers | Matt Langione

Transcriber:

المترجم: Mohamed Salem المدقّق: omar idmassaoud

ما هي أكبر تحديات القرن الحادي والعشرين؟

اليوم قد يخمن المرء تغير المناخ والصحة العامة وعدم المساواة

What will the biggest challenges of the 21st century turn out to be?

لكن الحقيقة هي أننا لا نعرف حتى الآن.

ما نعرفه هو أن

Today, one might guess climate change, public health, inequality,

الحوسبة العملاقة يجب أن تكون جزءًا من الحل.

but the truth is we don't yet know.

منذ ما يقرب من مائة عام

اعتمادنا على أجهزة الكمبيوتر عالية الأداء

What we do know

is that supercomputing will have to be part of the solution.

في مواجهة أكثر تحدياتنا إلحاحًا

قد نما أكثر،

For nearly a hundred years,

من كسر الرموز النازية إلى تسلسل الجينوم البشري.

our reliance on high-performance computers

in the face of our most urgent challenges

ارتفعت معالجات الكمبيوتر لتلبية المطالب الحرجة والمعقدة بشكل متزايد

has grown and grown,

from cracking Nazi codes to sequencing the human genome.

من خلال أن تصبح أصغر وأسرع وأفضل عامًا بعد عام

Computer processors have risen to meet increasingly critical and complex demands

كأنه سحر.

لكن هناك مشكلة.

by getting smaller, faster and better year after year,

في نفس اللحظة التي ينمو فيها اعتمادنا على أجهزة الكمبيوتر بشكل أسرع من أي وقت مضى

as if by magic.

فإن التقدم في قوة الحوسبة

But there's a problem.

At the very moment that our reliance on computers is growing faster than ever,

يتوقف.

السحر هو مجرد أنفاق.

لا يمكن أن يكون التوقيت أسوأ.

progress in compute power

نادرًا ما نتحدث عن ذلك ولكن مع كل ما أنجزناه باستخدام أجهزة الكمبيوتر

is coming to a standstill.

The magic is just about spent.

ما زال هناك الكثير من الأشياء التي لا يستطيع الكمبيوتر القيام بها

The timing couldn't be worse.

We rarely talk about it, but for all that we've accomplished with computers,

بتكلفة كبيرة للأعمال والمجتمع.

there remain a startling number of things that computers still can't do,

على سبيل المثال لم يتحقق حلم تصميم دواء فوري

بعد ما يقرب من 50 عامًا من تصميمه لأول مرة.

at a great cost to business and society.

The dream of near-instant computational drug design, for instance,

لم يكن هذا أوضح مما هو عليه الآن

حيث يجلس العالم في حالة من العزلة والشلل

has yet to come to fruition, nearly 50 years after it was first conceived.

بينما ننتظر لقاحًا لـفيروس كورونا.

Never has that been clearer than now,

لكن اكتشاف الأدوية هو مجرد مجال واحد يعاني فيه الباحثون -

as the world sits in a state of isolation and paralysis,

as we await a vaccine for COVID-19.

وفي بعض الحالات محجوبون تمامًا -

بسبب عدم ملاءمة حتى أسرع أجهزة الكمبيوتر العملاقة اليوم

But drug discovery is just one area in which researchers are beset --

مما يضع قيودًا كبيرة في مجالات مثل تغير المناخ

and in some cases, blocked entirely --

by the inadequacy of even today's fastest supercomputers,

وفي خلق القيمة في مجالات مثل التمويل والخدمات اللوجستية.

putting great constraints in areas like climate change,

في الماضي

كان بإمكاننا الاعتماد على أجهزة الكمبيوتر العملاقة التي تتحسن بشكل أسرع وأسرع

and in value creation in areas like finance and logistics.

حيث أصبحت الأجزاء أصغر وأصغر كل عام

In the past,

ولكن لم يعد ذلك ممكنًا.

we could rely on supercomputers simply getting better and faster,

في الوقت الحالي، نحن نواجه حدًا ماديًا صارمًا.

as parts got smaller and smaller every year,

أصبحت الترانزستورات صغيرة جدًا

لدرجة أنها تقترب بسرعة من حجم الذرة.

but no longer.

For now, we're drawing up against a hard physical limit.

تستدعي مثل هذه الحالة سؤال طبيعي

Transistors have become so minuscule

وهو سؤال قضيت السنوات العديدة الماضية

that they're fast approaching the size of an atom.

في تشجيع أصحاب الأعمال وصانعي القرارات على شرح:

Such a state of affairs invites a natural follow-up question,

إن لم تكن أجهزة الكمبيوتر العملاقة التقليدية

and it's one that I've spent the last several years

فما هي التكنولوجيا التي ستظهر

encouraging business leaders and policy makers to address:

لتسلحنا ضد تحديات القرن الحادي والعشرين؟

If not traditional supercomputers,

أدخل الحوسبة الكمومية.

what technology will emerge

أجهزة الكمبيوتر الكمومية مثل هذا

to arm us against the challenges of the 21st century?

تعد بمعالجة التحديد الذري

من خلال استغلال الخصائص الفيزيائية دون الذرية

Enter quantum computing.

Quantum computers like this one

التي لم تكن معروفة للإنسان منذ مائة عام.

promise to address the atomic limitation

كيف تعمل؟

تتيح الحوسبة الكمومية الخروج عن عقدين رئيسيين

by exploiting subatomic physical properties

that weren't even known to man a hundred years ago.

لحوسبة أشباه الموصلات الكلاسيكية.

تعمل أجهزة الكمبيوتر الكلاسيكية بشكل حاسم:

How does it work?

Quantum computing enables a departure from two major constraints

كل شيء إما نعم أو لا في وضع التشغيل أو الإيقاف، لا يوجد وسط.

of classical semiconductor computing.

هم أيضا يعملون بشكل متسلسل. يمكنهم فعل شيء واحد فقط في كل مرة.

Classical computers operate deterministically:

everything is either yes or no, on or off, with no in between.

تعمل أجهزة الكمبيوتر الكمومية بشكل احتمالي والأهم من ذلك

They also operate serially; they can only do one thing at a time.

أنها تعمل في وقت واحد بفضل ثلاث خصائص -

Quantum computers operate probabilistically, and most importantly,

التراكب والتشابك والتداخل -

they operate simultaneously, thanks to three properties --

والتي تسمح لها باستكشاف العديد من الاحتمالات في وقت واحد.

لتوضيح كيفية عمل ذلك تخيل جهاز كمبيوتر يحاول حل متاهة.

superposition, entanglement and interference --

which allow them to explore many possibilities at once.

يقوم الكمبيوتر الكلاسيكي بذلك عن طريق استنفاد كل مسار محتمل

To illustrate how this works, imagine a computer is trying to solve a maze.

في تسلسل.

إذا صادفت حاجزًا في المسار الأول

فسيستبعد ذلك كحل

The classical computer would do so by exhausting every potential pathway

ويعود إلى موضعه الأصلي

ويحاول المسار المنطقي التالي

in a sequence.

If it came across a roadblock on the first path,

وهكذا دواليك حتى يجد الحل الصحيح.

it would simply rule that out as a solution,

يمكن للكمبيوتر الكمومي اختبار كل مسار متاح

revert to its original position

and try the next logical path,

and so on and so forth until it found the right solution.

في نفس الوقت

فيتمكن من حل المتاهة في محاولة واحدة فقط.

A quantum computer could test every single pathway

at the same time,

كما يحدث

تتميز العديد من المشكلات المعقدة بهذه الجودة الشبيهة بالمتاهة

in effect, solving the maze in only a single try.

وخاصة مشاكل المحاكاة والتحسين

As it happens,

والتي يمكن حل بعضها بشكل أسرع بشكل أسرع

many complex problems are characterized by this mazelike quality,

باستخدام الكمبيوتر الكمومي.

especially simulation and optimization problems,

ولكن هل هناك قيمة حقيقية لما يسمى بالتسريع الكمومي؟

some of which can be solved exponentially faster

with a quantum computer.

لكي نصدق أننا بحاجة إلى أجهزة كمبيوتر فائقة السرعة

But is there really value to this so-called quantum speedup?

نحتاج أولاً إلى الاعتقاد بأن مشاكلنا هي في الواقع ذات طبيعة حسابية.

In order to believe that we need faster supercomputers,

اتضح أن هكذا الكثير منهم على الأقل جزئيًا.

we need to first believe that our problems are indeed computational in nature.

على سبيل المثال دعنا ننتقل إلى إنتاج الأسمدة

وهي إحدى المشكلات المميزة في علم تغير المناخ.

It turns out that many are, at least in part.

الطريقة التي يتم بها إنتاج معظم الأسمدة اليوم

For an example, let’s turn to fertilizer production,

هي دمج النيتروجين والهيدروجين لإنتاج الأمونيا

one of the hallmark problems in the science of climate change.

وهي العنصر النشط.

The way most fertilizer is produced today

تعمل هذه العملية

ولكن بتكلفة باهظة للغاية

is by fusing nitrogen and hydrogen to make ammonia,

للشركات التي تنفق 100 إلى 300 مليار كل عام

which is the active ingredient.

The process works,

وعلى البيئة:

but only at a severe, a severe cost

يتم إنفاق ثلاثة إلى خمسة بالمائة من الغاز الطبيعي في العالم

to businesses, who spend 100 to 300 billion every year,

على تصنيع الأسمدة

and to the environment:

كل عام.

three to five percent of the world's natural gas

فلماذا فشل العلماء في تطوير عملية أكثر كفاءة؟

is expended on fertilizer synthesis

والسبب هو أنه للقيام بذلك

every single year.

So why have scientists failed to develop a more efficient process?

سيحتاجون إلى محاكاة التفاعلات الجزيئية الشبيهة بالمظلات

التي تشكل المجال الكهروستاتيكي للمحفز الرئيسي ، النيتروجيناز.

The reason is that in order to do so,

they would need to simulate the mazelike molecular interactions

يعرف العلماء بالفعل كيفية القيام بذلك اليوم

that make up the electrostatic field of the key catalyst, nitrogenase.

لكن الأمر سيستغرق 800000 عام على أسرع كمبيوتر عملاق في العالم.

Scientists actually know how to do that today,

باستخدام كمبيوتر كمي واسع النطاق،

but it would take 800,000 years on the world's fastest supercomputer.

أقل من 24 ساعة.

كمثال آخر دعنا نعود إلى اكتشاف الأدوية

عملية كورونا سلطت الضوء على معظمنا

With a full-scale quantum computer,

less than 24 hours.

لأول مرة.

For another example, let's return to drug discovery,

تصميم لقاح لمرض معدي مثل كورونا

a process COVID-19 has brought into sharp focus for most of us

من تحديد العوامل المحركة للمرض

for the very first time.

Designing a vaccine for an infectious disease like COVID-19,

إلى فحص الملايين من المنشطات والمثبطات المرشحة

هي عملية تستغرق عادةً 10 سنوات أو أكثر لكل دواء

from identifying the drivers of the disease,

to screening millions of candidate activators and inhibitors,

90 بالمائة منها تفشل في اجتياز العلاج السريري.

is a process that typically takes 10 or more years per drug,

تبلغ تكلفة شركات الأدوية ما بين 2 إلى 3 مليارات دولار

لكل اعتماد لدواء.

90 percent of which fail to pass clinical trials.

لكن التكاليف الاجتماعية للتأخير والفشل أعلى بكثير.

The cost to pharmaceutical companies is two to three billion dollars

يموت أكثر من ثمانية ملايين شخص كل عام بسبب الأمراض المعدية.

per approved drug.

But the social costs of delays and failures are much, much higher.

هذا يزيد عن 15 ضعف عدد الأشخاص الذين ماتوا خلال الأشهر الستة الأولى

More than eight million people die every year of infectious diseases.

من جائحة فيروس كورونا.

فلماذا فشل تصميم الأدوية الحاسوبي في تلبية التوقعات؟

That's 15 times as many people as died during the first six months

لمرة أخرى إنها مسألة موارد حسابية محدودة على الأقل جزئيًا.

of the coronavirus pandemic.

So why has computational drug design failed to live up to expectations?

إذا كان تحديد مسار المرض في الجسم يشبه القفل

Again, it's a matter of limited computational resources, at least in part.

فإن تصميم دواء يتطلب البحث في فضاء كيميائي هائل

If identifying a disease pathway in the body is like a lock,

متاهة من الهياكل الجزيئية بشكل فعال

designing a drug requires searching through a massive chemical space,

للعثور على المركب الصحيح

للعثور على مفتاح باختصار يناسب القفل.

effectively a maze of molecular structures,

تكمن المشكلة في أن تتبع النطاق الكامل ذي الصلة للفضاء الكيميائي

to find the right compound,

to find a key, in other words, that fits the lock.

وتحويله إلى قاعدة بيانات قابلة للبحث لتصميم الأدوية

The problem is that tracing the entire relevant span of chemical space

سيستغرق 5 تريليون تريليون تريليون سنة

and converting it into a searchable database for drug design

على أسرع كمبيوتر عملاق في العالم.

would take 5 trillion trillion, trillion, trillion years

على جهاز كمبيوتر كمي ما يزيد قليلاً عن نصف ساعة.

لكن الحوسبة الكمومية ليست مجرد انتصارات في المختبر.

on the world's fastest supercomputer.

إن تدفق التقدم والصناعات بجميع أنواعها محجوب حاليًا

On a quantum computer, a little more than a half hour.

But quantum computing is not just about triumphs in the lab.

بسبب قيود حسابية رصينة ولكنها مستعصية

The flow of progress and industries of all kinds is currently blocked

لها تأثير حقيقي على الأعمال والمجتمع.

لما قد يبدو مثالًا غير مرجح دعنا ننتقل إلى البنوك.

by discreet, but intractable computational constraints

ماذا لو كانت البنوك قادرة على الإقراض بحرية أكبر

that have a real impact on business and society.

للأفراد ورجال الأعمال والشركات؟

For what may seem an unlikely example, let's turn to banks.

أحد أسباب التعثر الرئيسية اليوم

What if banks were able to lend more freely

هو أن البنوك تحتفظ بنسبة 10 إلى 15 في المائة من الأصول في احتياطيات نقدية،

to individuals, entrepreneurs and businesses?

ويرجع ذلك جزئيًا إلى أن عمليات محاكاة المخاطر الخاصة بها مقيدة بالحسابات.

One of the key holdups today

is that banks keep 10 to 15 percent of assets in cash reserves,

لا يمكنهم حساب مخاطر السوق العالمية أو الشاملة التي تكون نادرة

in part, because their risk simulations are compute constrained.

ولكنها خطيرة ولا يمكن التنبؤ بها.

أحداث البجعة السوداء على سبيل المثال.

They can’t account for global or whole-market risks that are rare

الآن 10 إلى 15 في المائة هو مبلغ كبير من المال.

but severe and unpredictable.

عندما تفكر في أنه مقابل كل تخفيض واحد في المائة في الاحتياطيات النقدية

Black swan events, for example.

Now, 10 to 15 percent is a whole lot of money.

سيؤدي ذلك إلى تريليون دولار إضافية من رأس المال القابل للاستثمار.

When you consider that for every one-percent reduction in cash reserves,

ما يعنيه هذا هو أنه إذا أصبحت البنوك في نهاية المطاف مريحة بدرجة كافية

it would lead to an extra trillion dollars of investible capital.

مع محاكاة المخاطر التي تعمل بالطاقة الكمية

لتقليل الاحتياطيات النقدية إلى من 5 إلى 10 في المائة من الأصول

What this means is that if banks ultimately became comfortable enough

فسيكون التأثير مثل تحفيز مستوى كورونا

with quantum-powered risk simulations

للأفراد والشركات.

to reduce cash reserves to, say, five to 10 percent of assets,

كل عام.

the effect would be like a COVID-19-level stimulus

بمجرد أن تتضح القوة التحويلية للحوسبة الكمومية

for individuals and businesses

يصبح السؤال بعد ذلك: حسنًا، إلى متى يجب أن ننتظر؟

every single year.

Once the transformative power of quantum computing is clear,

يتوخى الباحثون الحذر عند سؤالهم عن الجدول الزمني للميزة الكمية.

the question then becomes: Well, how long must we wait?

هذا صحيح - لا يزال هناك عدد من العقبات الحاسمة للتغلب عليها

Researchers are cautious when asked about the timeline to quantum advantage.

وليس فقط التحديات الهندسية

ولكن الأسئلة العلمية الأساسية حول طبيعة ميكانيكا الكم.

Rightly so -- there remain a number of critical hurdles to overcome,

and not just engineering challenges,

لذلك، قد يستغرق الأمر عقدًا أو عقدين أو حتى ثلاثة عقود

but fundamental scientific questions about the nature of quantum mechanics.

قبل أن تنضج أجهزة الكمبيوتر الكمومية بالكامل.

توصل بعض المديرين التنفيذيين الذين تحدثت معهم إلى استنتاج على هذا الأساس

As a result, it may be one, two, even three decades

بأنهم يستطيعون الانتظار

before quantum computers fully mature.

وأنه يمكنهم تأجيل الاستثمار.

أعتقد أن هذا خطأ حقيقي

Some executives that I've spoken with have come to the conclusion on this basis

لأنه بينما تتطور بعض التقنيات بشكل طردي

that they can afford to wait,

وفقًا لقوانين السببية التراكمية

that they can afford to postpone investing.

I believe this to be a real mistake,

يظهر العديد منها على أنها اختراقات متسارعة

for while some technologies develop steadily,

تتحدى تقريبًا بين عشية وضحاها أي جدول زمني يمكن استخلاصه مسبقًا.

according to the laws of cumulative causation,

الحوسبة الكمومية هي مرشحة لمثل هذه الفجوة

many emerge as precipitous breakthroughs,

almost overnight defying any timeline that could be drawn out in advance.

بعد أن وصلت بالفعل إلى عدد من المعالم الهامة

قبل عقود من الموعد المحدد.

Quantum computing is a candidate for just such a breakthrough,

مثلاً في أواخر الثمانينيات

اعتقد العديد من الباحثين أن لبنة البناء الأساسية للحوسبة الكمومية

having already reached a number of critical milestones

decades ahead of schedule.

كيوبت

سيستغرق بناؤها مائة عام.

In the late 80s, for example,

many researchers thought that the basic building block of quantum computing,

بعد عشر سنوات وصلت.

تمتلك شركة IBM الآن ما يقرب من 500 كيوبت عبر 29 جهازًا

the qubit,

would take a hundred years to build.

وهي متاحة لاستخدام العميل والبحث.

Ten years later, it arrived.

Now IBM has nearly 500 qubits across 29 machines,

ما يعنيه هذا هو أننا يجب أن نكون أقل قلقاً

حيال وصول أجهزة الكمبيوتر الكمومية بعد فوات الأوان

available for client use and research.

والمزيد من وصولها في وقت مبكر جدًا

What this means is that we should worry less

قبل اتخاذ الاستعدادات اللازمة.

about quantum computers arriving too late

لنقتبس من أحد الفيزيائيين الحائزين على جائزة نوبل

and more about them arriving too soon,

“تختلف أجهزة الكمبيوتر الكمومية عن أجهزة الكمبيوتر الحالية

before the necessary preparations have been made.

For to quote one Nobel prize winning physicist,

أكثر من أجهزة الكمبيوتر الحالية

عن العداد.”

"Quantum computers are more different from current computers

سيستغرق الأمر وقتًا لإجراء عمليات تكامل سير العمل الضرورية.

than current computers are

سوف يستغرق الأمر وقتًا لتهيئة الموهبة المناسبة.

from the abacus."

والأهم من ذلك

It'll take time to make the necessary workflow integrations.

سيستغرق الأمر وقتًا ناهيك عن الرؤية والخيال

It'll take time to onboard the right talent.

لتحديد المشكلات ونطاقها

Most importantly,

it'll take time, not to mention vision and imagination,

التي يمكن لأجهزة الكمبيوتر الكمومية معالجتها من أجل مشروعك.

تستثمر الحكومات بالفعل بكثافة في تقنيات الكم -

to identify and scope high-value problems

15 مليار دولار بين الصين وأوروبا والولايات المتحدة.

for quantum computers to tackle for your business.

Governments are already investing heavily in quantum technologies --

و VCs تحذو حذوها.

ولكن ما نحتاجه الآن لتسريع الابتكار

15 billion dollars among China, Europe and the US.

هو الاستثمار التجاري في تطوير حالات الاستخدام

And VCs are following suit.

وفي تأهيل المواهب

But what's needed now to accelerate innovation

وتجربة أجهزة الكمبيوتر الكمية الحقيقية

is business investment in developing use cases,

المتوفرة اليوم.

في عالم مثل عالمنا

in onboarding talent

لا يمكن تأجيل مطالب الابتكار ليوم آخر.

and on experimenting with real quantum computers

يجب أن يتحرك القادة الآن

that are available today.

لأن تسريع المعالجات التي دفعت الابتكار لما يقرب من 70 عامًا

In a world such as ours,

the demands of innovation can't be put off for another day.

من المقرر أن يتوقف عن العمل في مساراتهم.

Leaders must act now,

بدأ السباق نحو عصر جديد من السحر والحوسبة الفائقة.

for the processor speedups that have driven innovation for nearly 70 years

إنه أمر لا يمكننا تحمل خسارته.

are set to stop dead in their tracks.

The race toward a new age of magic and supercomputing is already underway.

أجهزة الكمبيوتر الكمومية في القطب. إنها السيارة التي يجب التغلب عليها.

It's one we can't afford to lose.

شكراً لكم.

Quantum computers are in pole position. They're the car to beat.

Thank you.