QiboAgent: a practitioner's guideline to open source assistants for Quantum Computing code development
تقدم هذه الورقة QiboAgent، وهو إطار عمل مفتوح المصدر يجمع بين التوليد المعزز بالاسترجاع وسير العمل الوكيل المستقل لتمكين النماذج اللغوية الكبيرة خفيفة الوزن من التفوق على النماذج المملوكة في توليد كود حوسبة كمية عالي الدقة، مما يقلل من الهلوسة ويؤتمت مهام هندسة البرمجيات المعقدة لبرمجية Qibo الوسيطة.
المؤلفون الأصليون:Lorenzo Esposito, Andrea Papaluca, Stefano Carrazza
تخيل أنك تحاول بناء منزل، لكن المخططات مكتوبة بلغة تكاد لا تفهمها، والأدوات التي تحتاجها مبعثرة عبر مكتبة بحجم مدينة. هذا هو الواقع اليومي للعلماء الذين يعملون في مجال الحوسبة الكمومية. إنه مجال تصبح فيه قواعد الفيزياء غريبة، والبرمجيات اللازمة للتحكم في هذه الآلات معقدة للغاية. ولجعل الأمور تعمل، يعتمد العلماء على "البرمجيات الوسيطة" (middleware) — وهي طبقة من البرامج تعمل كمترجم بين الأفكار البشرية والأجهزة الكمومية. ولكن مع نمو هذه المكتبات البرمجية، تصبح ضخمة، وفوضوية، وصعبة الصيانة. وهنا يأتي دور الذكاء الاصطناعي، وتحديداً نماذج اللغات الكبيرة (LLMs). فكر في هذه النماذج كأنها روبوتات ذكية جداً ومطلعة يمكنها كتابة الأكواد والإجابة على الأسئلة. ومع ذلك، هناك عقبة: إذا طلبت من روبوت عام حل مشكلة كمومية متخصصة، فإنه غالباً ما يبدأ في اختلاق أشياء (وهي ظاهرة تسمى "الهلوسة") لأنه لا يملك الدليل المحدد والمحدث لتلك المكتبة المعينة.
تقدم هذه الورقة البحثية QiboAgent، وهي طريقة جديدة لبناء هؤلاء المساعدين الذكيين لضمان عدم قيامهم بالتخمين فحسب، بل ليكونوا على دراية حقيقية بما يتحدثون عنه. اختبر الباحثون خدعتين رئيسيتين؛ الأولى هي التوليد المعزز بالاسترجاع (RAG)، وهو يشبه إعطاء الروبوت بطاقة مكتبة وإخباره بالبحث عن الصفحة المحددة في الدليل قبل الإجابة. والثانية هي سير العمل الوكيل (Agentic Workflow)، الذي يحول الروبوت من مجرد مجيب سلبي على الأسئلة إلى عامل نشط يمكنه فتح الملفات، وتشغيل الاختبارات، وإصلاح الأخطاء، وحتى إعادة كتابة أجزاء من الكود البرمحي بنفسه. كان السؤال الكبير هو: هل يمكننا بناء مساعد برمجي قوي ومتخصص باستخدام أدوات مفتوحة المصدر تكون صغيرة بما يكفي لتعمل على جهاز كمبيوتر عادي، دون الحاجة إلى سوبر كمبيوتر بمليارات الدولارات؟
وجد الباحثون أن الإجابة هي "نعم" مدوية، ولكن فقط إذا استخدمت المزيج الصحيح من الأدوات. فقد اكتشفوا أنه من خلال الجمع بين نموذج ذكاء اصطناعي مفتوح المصدر وخفيف الوزن مع نظام يتحقق باستمرار من وثائق الكود الرسمية (RAG)، تمكنوا من تحقيق معدل دقة بلغ 90.2% في توليد كود صحيح. وهذا يمثل تحسناً هائلاً مقارنة باستخدام الذكاء الاصطناعي بمفرده أو حتى استخدام نموذج تجاري ضخم ومكلف دون نظام "بطاقة المكتبة". في الواقع، قلل نهجهم من عدد المرات التي اخترع فيها الذكاء الاصطناعي ميزات برمجية وهمية (الهلوسة) بشكل كبير.
لكن الروبوت لم يتوقف عند الإجابة على الأسئلة فحسب. فقد أظهر الفريق أن نظامهم الوكيل (Agentic) يمكنه العمل كمهندس برمجيات مبتدئ؛ حيث نجح في إصلاح أخطاء حقيقية أبلغ عنها المستخدمون، وكتب وثائق للميزات الجديدة، بل وتصدى لمشروع ضخم: إعادة كتابة جزء أساسي من البرنامج من لغة بايثون (Python) إلى لغة رست (Rust) (وهي لغة برمجة أسرع وأكثر حداثة). لم يكتفِ الذكاء الاصطناعي بكتابة الكود فحسب، بل قام بتشغيل الاختبارات، ورأى أين فشلت، وقرأ رسائل الخطأ، وأصلح أخطاءه الخاصة حتى عمل الكود بنجاًح. ورغم أن النتيجة النهائية لم تكن مثالية (حيث فاتته بعض التحسينات على مستوى البشر مثل تخزين البيانات مؤقتاً لجعلها أسرع)، إلا أنها أثبتت أن ذكاءً اصطناعياً صغيراً مفتوح المصدر يمكنه التعامل مع مهام هندسية معقدة متعددة الخطوات تتطلب عادةً فريقاً من البشر.
تشير الورقة البحثية إلى أن هذا النهج "الهجين" — الذي يجمع بين ذكاء اصطناعي ذكي ولكنه صغير مع نظام صارم للتحقق من الحقائق والقدرة على التأثير في الكود — هو مستقبل صيانة البرمجيات العلمية. وهذا يعني أن الباحثين يمكنهم الحفاظ على خصوصية بياناتهم وتشغيل هذه الأدوات القوية محلياً، دون الاعتماد على شركات ضخمة ومملوكة لجهات خاصة. ومع ذلك، يوضح المؤلفون بحذر أن هذا ليس عصا سحرية تحل محل المبرمجين البشر؛ فالذكاء الاصطناعي هو مساعد قوي يمكنه القيام بالأعمال الشاقة والمتكررة، لكن البشر لا يزالون مطلوبين لمراجعة العمل، وإصلاح أوجه القصور الدقيقة، وتوجيه المسار العام. تُظهر الدراسة أنه مع الإعداد الصحيح، يمكننا بناء "مساعد طيار" للبرمجيات الكمومية يكون ذكياً وموثوقاً في آن واحد.
ملخص تقني: QiboAgent – دليل الممارسين للمساعدين مفتوحي المصدر في الحوسبة الكمومية
1. بيان المشكلة
تواجه صيانة وتطوير النظم البرمجية العلمية، لا سيما في مجال الحوسبة الكمومية، تحديات كبيرة مع توسع قواعد الأكواد. وعلى الرغم من كفاءة النماذج اللغوية الكبيرة (LLMs) عامة الأغراض في توليد الأكواد، إلا أنها تعاني من قيود متأصلة عند تطبيقها على مجالات متخصصة مثل برمجية الوسيط Qibo. فالاعتماد فقط على الذاكرة البارامترية يؤدي بالنماذج القياسية إلى إنتاج هلوسات (اختلاق وحدات أو دوال غير موجودة) ويفتقر إلى عمق الاستنتاج المطلوب للمهام الهندسية المعقدة المعتمدة على الحالة. علاوة على ذلك، تتطلب النماذج المملوكة (Proprietary models) موارد حوسبية هائلة وتفتقر إلى الشفافية أو التخصيص اللازم للنشر المحلي الآمن في بيئات البحث.
2. المنهجية
يقدم المؤلفون QiboAgent، وهو تنفيذ مرجعي مصمم لتوجيه تطوير المساعدين البرمجيين المتخصصين. يدمج النظام نموذجين متكاملين للتغلب على قيود النماذج اللغوية الكبيرة ذات الحالة الثابتة:
أ. التوليد المعزز بالاسترجاع (RAG)
لمعالجة الدقة الواقعية والحد من الهلوسة، يستخدم QiboAgent مسار RAG مستنداً إلى قاعدة أكواد Qibo (الكود المصدري، التوثيق، ودفاتر العمل Notebooks). وقد قيم المؤلفون استراتيجيتين للاسترجاع:
الاسترجاع الدلالي (Semantic Retrieval): يستخدم تقسيم القطع ثابت الحجم مع آلية إعادة ترتيب الصلة القصوى المتمايزة (MMR) لتقليل التكرار المعلوماتي وضمان تنوع سياق الاسترجاع.
الاسترجاع الهجين (Hybrid Retrieval): يجمع بين التضمينات المتجهة الكثيفة (للفهم الدلالي) ومطابقة الكلمات المفتاحية باستخدام Okapi BM25 (للاسترجاع الدقيق للرموز التقنية). يستخدم هذا النهج مسار استيعاب مدرك للبنية يحترم بناء الجملة البرمجية (على سبيل المثال، تجميع تعريفات الفئات مع دوالها)، ويقوم بدمج الدرجات عبر مزيج خطي معياري. وهذا أمر بالغ الأهمية للتعامل مع المصطلحات المتخصصة (مثل معرفات الهاملتوني المحددة) التي قد يفتقدها البحث الدلالي الصرف.
ب. سير العمل الوكيل (Agentic Workflows)
بالنسبة للمهام الهندسية المعقدة التي تتطلب إدارة الحالة والاستنتاج متعدد الخطوات، ينتقل النظام من مولد سلبي إلى وكيل مستقل يعتمد على إطار عمل ReAct.
وضع الوكيل المنفرد (Single-Agent Mode): يُستخدم لصيانة المستودع (مثل حل مشكلات GitHub). يقوم الوكيل بكشط أدوات تتبع المشكلات، والتنقل في نظام الملفات، واقتراح تصحيحات برمجية بشكل تكراري.
وضع الوكلاء المتعددين المتسلسل (Sequential Multi-Agent Mode): يُستخدم لإعادة الهيكلة واسعة النطاق (مثل نقل حزمة بايثون إلى لغة Rust). يتم تفكيك سير العمل إلى وكلاء متخصصين (مهندس Rust المعماري، مولد الروابط، طبقة التوافق، ووكيل التحقق) الذين يعملون ضمن حلقة تغذية راجعة مدفوعة بالمترجم (Compiler-Driven Feedback Loop). تسمح هذه الحلقة للوكلاء بتنفيذ أوامر Shell (مثل cargo build و pytest) وتحليل سجلات الأخطاء، وتطبيق تصحيحات تصحيحية بشكل مستقل حتى تنجح عملية التجميع والاختبارات.
ج. اختيار النموذج
يعطي الإطار الأولوية للنماذج مفتوحة المصدر وخفيفة الوزن (تتراوح بين 20 إلى 120 مليار معلمة) لتمكين النشر المحلي.
التوليد (Generative): تُستخدم استراتيجية متعددة المستويات: نماذج خفيفة (مثل gpt-oss:20b و qwen3-coder:30b) للأسئلة والأجوبة والتوثيق، ونماذج أكبر (مثل gpt-oss:120b) للاستنتاج الوكيل المعقد الذي يتطلب قدرات قوية لاستدعاء الأدوات.
البنية التحتية: يعمل النظام محلياً باستخدام Ollama للاستدلال و LangChain للتنسيق.
3. مهام الاختبار والتقييم
وضع المؤلفون بروتوكول تقييم شاملاً عبر أربع مهام متميزة:
الأسئلة والأجوبة في الحوسبة الكمومية: مجموعة بيانات تضم 50 سؤالاً تغطي الإعدادات، الأوليات (primitives)، المحاكاة المتقدمة، وتصحيح الأخطاء. تم قياس الأداء من خلال الصحة الوظيفية (تنفيذ الكود المولد مقابل الحقيقة الأرضية)، درجة الهلوسة (تتبع أخطاء وقت التشغيل مثل AttributeError)، والجودة الأسلوبية (درجات Pylint).
التوثيق الآلي: توليد وثائق متوافقة مع Sphinx لتعليقات الكود (docstrings) الجديدة، مع ضمان صحة الإشارات المرجعية المتقاطعة وأمثلة الاستخدام.
طلب سحب ميزة جديدة (New Feature Pull Request): الحل المستقل لمشكلات GitHub (مثل المشكلة رقم 1710 المتعلقة بمنطق فك التشكيل الموتري - tensor unfolding logic) دون تدخل بشري.
إعادة الهيكلة وإعادة التأسيس (Refactoring and Rebasing): مهمة تطوير "خضراء" (Greenfield) لإنشاء وحدة Qibo-core بلغة Rust، بما في ذلك روابط بايثون عبر pyO3 وتكوينات البناء واختبارات الوحدة.
4. النتائج الرئيسية
الدقة والحد من الهلوسة: تفوق استراتيجية الاسترجاع الهجين باستمرار على كل من خط الأساس (بدون RAG) والبحث الدلالي الصرف. حقق النظام ذروة دقة بلغت 90.2% باستخدام نموذج qwen3-coder:30b. والأهم من ذلك، أن نهج RAG قلل بشكل كبير من معدلات الهلوسة مقارنة بالنماذج المملوكة (مثل Gemini-2.5-flash من Google)، والتي أظهرت تحسناً ضئيلاً مع البحث الدلالي وحده، مما يشير إلى الاعتماد على ذاكرة التدريب المسبق بدلاً من السياق المسترجع.
القدرات الوكيلية: نجح الوكيل في حل مشكلات معقدة في GitHub (المشكلة #1710) وتوليد إثبات مفهوم (PoC) وظيفي لوحدة Qibo-core بلغة Rust. وبينما افتقر كود الوكيل أحياناً إلى تحسينات معمارية محددة (مثل تخزين مؤقت لمؤشرات التبديل - caching permutation indices) الموجودة في التصحيحات المكتوبة بشرياً، إلا أنه أنتج حلولاً سليمة رياضياً وكاملة وظيفياً تتطلب فقط تعديلات طفيفة.
التغذية الراجعة المدفوعة بالمترجم: نجح نظام الوكلاء المتعددين في استخدام حلقة التغذية الراجعة لحل أخطاء التجميع وعدم تطابق الأنواع أثناء عملية نقل الكود إلى Rust، مما أظهر القدرة على التكرار والتصحيح الذاتي دون تدخل بشري.
الكفاءة: حققت النماذج مفتوحة المصدر خفيفة الوزن (حتى 30 مليار معلمة) دقة عالية، مما يؤكد جدوى النشر المحلي الآمن ومنخفض التكلفة دون الحاجة إلى بنيات مملوكة ضخمة.
5. الأهمية والادعاءات
يضع البحث QiboAgent ليس كبديل للمطورين البشر، بل كـ دليل ممارس و بنية مرجعية لبناء مساعدات ذكاء اصطناعي مدركة للمجال.
الوعي بالمجال فوق حجم النموذج: يوضح العمل أنه بالنسبة للبرمجيات العلمية المتخصصة، فإن قاعدة المعرفة المهيكلة والأدوات الوكيلية أكثر أهمية من حجم النموذج الخام أو التعرض للتدريب المسبق. وتعمل استراتيجية الاسترجاع الهجين على سد الفجوة بين النماذج اللغوية الكبيرة والمتطلبات المتخصصة.
جدوى النشر المحلي: من خلال تحقيق أداء عالٍ باستخدام نماذج مفتوحة المصدر، يزعم المؤلفون أن المؤسسات البحثية يمكنها الحفاظ على خصوصية البيانات والاستقلال عن المنصات المملوكة مع أتمتة مهام الصيانة المعقدة.
التكيف الديناميكي: على عكس الضبط الدقيق (Fine-tuning) الخاص بالمجال، والذي ينطوي على خطر الإفراط في التخصيص (overfitting) ويتطلب إعادة تدريب مكلفة مع تغيرات قاعدة الأكواد، يوفر نهج RAG سياقاً ديناميكياً ومحدثاً يسمح للنموذج بالتكيف مع قواعد الأكود المتطورة دون إعادة تدريب.
النطاق المستقبلي: يقترح المؤلفون أن هذه البنيات يمكن أن تمتد إلى ما وراء صيانة البرمجيات لتشمل أتمتة المهام الفيزيائية، مثل معايرة الأجهزة الكمومية عبر Qibocal و Qibolab، مما يضع الذكاء الاصطناعي مفتوح المصدر كجزء لا يتجزأ من كامل مكدس الحوسبة الكمومية.
الإطار العملي، بما في ذلك الكود المصدري، مجموعات بيانات الاختبار، وتعليمات النشر، متاح علناً على https://github.com/qiboteam/qiboagent.