علماء أمريكيون يطورون نظامًا ذكيًا لضبط الأجهزة الكمية تلقائيًا، مما يسرع الحوسبة الكمية والبحث عن المادة المظلمة

يطور علماء أمريكيون وكيلًا ذكيًا قادرًا على ضبط الأجهزة الكمية الحساسة تلقائيًا، مما يسرع الحوسبة الكمية والبحث عن المادة المظلمة التي يصعب رصدها. ويخضع نظام الذكاء الاصطناعي (AI) هذا حاليًا للاختبار في مختبر شمال غرب المحيط الهادئ الوطني (PNNL) الواقع في ريتشلاند بولاية واشنطن. ووفقًا للتقارير، يستطيع الوكيل التحكم في مكبرات المعامل المحدودة بالضوضاء الكمية. وتستخدم هذه الأجهزة الميكروية فائقة الهدوء لتعزيز الإشارات شديدة الضعف التي يحددها ميكانيكا الكم، دون أن تضيف ضوضاء تذكر. كما تُستخدم في تجارب البحث عن المادة المظلمة وفي أنظمة قراءة المعلومات من الكيوبتات (qubits) فائقة التوصيل.

أتمتة الذكاء الاصطناعي لضبط الأجهزة الكمية

ومع ذلك، فإن تشغيل هذه الأجهزة عادة ما يتطلب فيزيائيين مهرة لضبط الإعدادات واختبار النتائج، وهي عملية قد تستغرق ساعات. ولحل هذه المشكلة، اقترح فريق مختبر شمال غرب المحيط الهادئ الوطني (PNNL) بقيادة الدكتور كريستيان بوتان نظام ذكاء اصطناعي لأتمتة هذه المهمة. ويُسمى المشروع AQUA-WOLF (إطار عمل تحسين سير العمل وتعلم مكبر الكم المستقل)، ويحظى بدعم مهمة جينيسيس (Genesis Mission) التابعة لوزارة الطاقة الأمريكية.

قد تدعم هذه التقنية الجديدة تجربة أكسيون للمادة المظلمة (ADMX)، التي تهدف إلى العثور على جسيمات افتراضية تسمى أكسيونات. وتعد هذه التجربة غير مألوفة لكاشفات المادة المظلمة لأنها لا تقع في أعماق الأرض. وتستخدم تجربة ADMX تجويفًا ميكروويفيًا موضوعًا في مجال مغناطيسي قوي كبير للبحث عن أكسيونات المادة المظلمة الباردة في هالة المادة المظلمة للمجرة المحلية. وإذا كانت موجودة، يأمل الفريق في أن تتحول إلى فوتونات ميكروويفية، ليتم التقاطها بأجهزة إلكترونية كمية عالية الحساسية. ويجب على التجربة مسح مجموعة من كتل الأكسيون المحتملة، مما يجعل وقت جمع البيانات بواسطة الجهاز ذا أهمية خاصة.

وفقًا لبوتان، فإن ضبط المكبرات هو "المصدر الرئيسي لإهدار الوقت" في عملية البحث. لكنه يعتقد أن AQUA-WOLF يمكنه أتمتة هذه العملية عبر التعلم المعزز. سيقوم الوكيل الذكي بتغيير الإعدادات ذاتيًا والتعلم من النتائج، دون الاعتماد على الفيزيائيين في ضبط المكبرات بشكل متكرر.

استخدام المبادئ الفيزيائية للاستدلال

في البداية، سيكافئ الباحثون النظام بناءً على الكسب (gain)، وهو مقياس بالديسيبل لمدى تضخيم المكبر للإشارة الواردة. لاحقًا، يهدفون إلى توسيع هذه العملية لمراعاة عوامل أخرى، بما في ذلك الضوضاء والاستقرار. وسيختبر العلماء فعالية عدة خوارزميات لتحديد الأنسب. وفي الوقت نفسه، قد تفيد أتمتة العملية بأكملها الحوسبة الكمية أيضًا، لأن المكبرات تقرأ المعلومات من الكيوبتات (qubits). ومع ذلك، مع احتواء الحواسيب الكمية على آلاف الكيوبتات، قد يصبح ضبطها صعبًا. كما يخططون لتعليم الوكيل الفيزياء الكامنة وراء الجهاز، وترميز هاميلتونية النظام (الرياضيات التي تصف طاقته) داخل الوكيل.

وبهذا، يمكنه اتخاذ قرارات بناءً على المبادئ الفيزيائية، وليس فقط من خلال استكشاف الإعدادات المختلفة بالتجربة والخطأ.

يقوم الفيزيائي في مختبر شمال غرب المحيط الهادئ الوطني (PNNL)، الدكتور إريك لينتز، بتعليم الوكيل الذكي استخدام المبادئ الفيزيائية للاستدلال واتخاذ القرارات، مشيرًا إلى أن الخوارزميات التقليدية "غير فعالة تمامًا" عند استكشاف فضاء المعامل المتاح. ونظرًا لتشابه مبدأ عمل مكبرات المعامل، يمكن للذكاء الاصطناعي تعلم ضبط أجهزة جديدة بتدريب أقل. وتخطط الفرقة لإجراء اختبارات على أجهزة فعلية، مثل مكبرات المعهد الوطني للمعايير والتقنية (NIST)، وتكييفها مع مكبرات أخرى قد تُستخدم في تجارب مثل ADMX. وبمجرد التحقق، يعتزم مختبر شمال غرب المحيط الهادئ الوطني (PNNL) إصدار الوكيل الذكي كبرنامج مفتوح المصدر.

وستدعم بياناته أيضًا البنية التحتية العلمية المشتركة لمهمة جينيسيس (Genesis Mission). وقال الباحثون في بيان صحفي: "الهدف ليس إبعاد العلماء عن المختبر، بل إعفاؤهم من قضاء ساعات في مهام روتينية مملة، ليتسنى لهم تكريس المزيد من الوقت لاكتشاف أسرار الكون."

أهمية الأتمتة في البحث الكمي

تجعل تعقيدات الحوسبة الكمية وأبحاث المادة المظلمة تطبيق تقنيات الأتمتة ذا أهمية بالغة. ف نظام الذكاء الاصطناعي في مشروع AQUA-WOLF لا يعزز كفاءة العمليات فحسب، بل يقلل أيضًا الاعتماد على الفيزيائيين المتخصصين، مما يتيح للعلماء التركيز على أعمال بحثية أكثر إبداعًا. ومع تطور التقنيات الكمية، ستساعد مثل هذه الأنظمة المؤتمتة في تسريع الاكتشافات العلمية، وقد تصبح أداة رئيسية في مستقبل الحوسبة الكمية واستكشاف المادة المظلمة.