ما هي الحوسبة الكمومية
الحوسبة الكمومية – quantum computers. هي تقنية سريعة الظهور تعمل على تسخير قوانين ميكانيكا الكم لحل المشكلات المعقدة للغاية بالنسبة لأجهزة الكمبيوتر الكلاسيكية.
حيث تقوم الأجهزة الكلاسيكية. والتي تشمل الهواتف الذكية وأجهزة الكمبيوتر المحمولة. بتشفير المعلومات في “بتات” ثنائية يمكن أن تكون إما 0 أو 1. لكن في الحاسوب الكمي الوحدة الأساسية للذاكرة هي البت الكمي أو الكيوبت.
ويتم تصنيع الكيوبتات باستخدام أنظمة فيزيائية. مثل دوران الإلكترون أو اتجاه الفوتون. حيث يمكن لهذه الأنظمة أن تكون في العديد من الترتيبات المختلفة في وقت واحد. وهي خاصية تعرف باسم التراكب الكمي. كما يمكن أيضًا ربط البتات الكمومية معًا بشكل لا ينفصم باستخدام ظاهرة تسمى التشابك الكمي، والنتيجة هي أن سلسلة من الكيوبتات يمكن أن تمثل أشياء مختلفة في وقت واحد.
على سبيل المثال. ثمانية بتات كافية للكمبيوتر الكلاسيكي لتمثيل أي رقم بين 0 و255. لكن ثمانية بتات كافية للكمبيوتر الكمومي لتمثيل كل رقم بين 0 و255 في نفس الوقت. بالتالي بضع مئات من الكيوبتات المتشابكة ستكون كافية لتمثيل أعداد أكبر من عدد الذرات الموجودة في الكون.
ومع ذلك. قد يكون هناك أيضًا الكثير من المواقف التي ستظل فيها أجهزة الكمبيوتر الكلاسيكية تتفوق على أجهزة الكمبيوتر الكمومية. لذلك قد تكون أجهزة الكمبيوتر في المستقبل مزيجًا من هذين النوعين.
في الوقت الحالي. تعتبر أجهزة الكمبيوتر الكمومية حساسة للغاية: الحرارة والمجالات الكهرومغناطيسية والاصطدامات مع جزيئات الهواء يمكن أن تتسبب في فقدان الكيوبت لخصائصه الكمومية ، هذه العملية المعروفة باسم فك الترابط الكمي تتسبب في تعطل النظام. ويحدث ذلك بسرعة أكبر كلما زاد عدد الجسيمات المعنية.
تحتاج أجهزة الكمبيوتر الكمومية إلى حماية الكيوبتات من التدخل الخارجي، وذلك إما عن طريق عزلها ماديًا، أو إبقائها باردة. أو إطلاق نبضات طاقة يتم التحكم فيها بعناية. فهناك حاجة إلى كيوبتات إضافية لتصحيح الأخطاء التي تتسلل إلى النظام.
لماذا اصبحنا بحاجة الى الحوسبة الكمومية ؟
عندما يواجه العلماء والمهندسون مشاكل صعبة. فإنهم يلجأون إلى أجهزة الكمبيوتر العملاقة، هذه أجهزة كمبيوتر كلاسيكية كبيرة جدًا، غالبًا ما تحتوي على آلاف من وحدات المعالجة المركزية (CPU) ووحدة معالجة الرسومات (GPU) الكلاسيكية القادرة على تشغيل عمليات حسابية كبيرة جدًا وذكاء اصطناعي متقدم ، ومع ذلك حتى أجهزة الكمبيوتر العملاقة هي آلات لا نزال تعتمد على الكود الثنائي وتعتمد على تكنولوجيا الترانزستور
يتوقع العلماء والمهندسون أن بعض المشكلات التي يستحيل حلها فعليًا على أجهزة الكمبيوتر التقليدية والكلاسيكية، ستكون سهلة على أجهزة الكمبيوتر الكمومية، ومن المتوقع أيضًا أن تتحدى أجهزة الكمبيوتر الكمومية أساليب التشفير الحالية. وأن تقدم إمكانيات جديدة للاتصالات الخاصة تمامًا.
كذلك ستساعدنا أجهزة الكمبيوتر الكمومية في التعرف على الأنظمة الكمومية الأخرى وتصميمها ومعالجتها ، وستعمل هذه القدرة على تحسين فهمنا للفيزياء و ستؤثر على تصميمات الأشياء التي يتم تصميمها على مقاييس تلعب فيها ميكانيكا الكم دورًا، مثل رقائق الكمبيوتر وأجهزة الاتصالات وتقنيات الطاقة والأدوات العلمية وأجهزة الاستشعار والساعات والمواد وغيرها.
كيف يعمل الكمبيوتر الكمي؟
تشترك أجهزة الكمبيوتر الكمومية في بعض الخصائص مع تلك الكلاسيكية -على سبيل المثال-. عادةً ما يحتوي كلا النوعين من أجهزة الكمبيوتر على شرائح ودوائر وبوابات منطقية. ويتم توجيه عملياتهم بواسطة الخوارزميات (تعليمات تسلسلية بشكل أساسي). ويستخدمون رمزًا ثنائيًا مكونًا من الآحاد والأصفار لتمثيل المعلومات.
يستخدم كلا النوعين من أجهزة الكمبيوتر كائنات مادية لتشفير تلك الآحاد والأصفار ، في أجهزة الكمبيوتر الكلاسيكية، تقوم هذه الكائنات بتشفير البتات (الأرقام الثنائية) في حالتين – على سبيل المثال، يكون التيار في وضع التشغيل أو الإيقاف، ويشير المغناطيس إلى الأعلى أو الأسفل.
تستخدم أجهزة الكمبيوتر الكمومية البتات الكمومية، أو الكيوبتات، التي تعالج المعلومات بشكل مختلف تمامًا ، ففي حين أن البتات الكلاسيكية تمثل دائمًا إما واحدًا أو صفرًا، إلا أن الكيوبت يمكن أن يكون في حالة تراكب واحد وصفر في وقت واحد حتى يتم قياس حالته.
بالإضافة إلى ذلك، يمكن أن تكون حالات الكيوبتات المتعددة متشابكة. مما يعني أنها مرتبطة ببعضها البعض، حيث يمنح ميكانيكيًا الكم التراكب والتشابك أجهزة الكمبيوتر الكمومية قدرات غير معروفة للحوسبة الكلاسيكية.
يمكن تصنيع البتات الكمومية عن طريق معالجة الذرات. أو الذرات المشحونة كهربائيًا والتي تسمى الأيونات، أو الإلكترونات، أو عن طريق هندسة النانو. التي تسمى الذرات الاصطناعية. مثل دوائر البتات الكمومية فائقة التوصيل، وذلك باستخدام طريقة طباعة تسمى بـ lithography.
هل الحواسيب الكمومية موجودة؟
لقد كانت أجهزة الكمبيوتر الكمومية الناشئة موجودة بأشكال مختلفة لأكثر من عقد من الزمن، حيث تمتلك العديد من شركات التكنولوجيا بالفعل أجهزة كمبيوتر كمومية عاملة وتجعلها متاحة مع لغات البرمجة ذات الصلة وموارد تطوير البرمجيات.
إن التكنولوجيا ذات الاستخدامات المحتملة الأوسع، والتي تتحكم فيها البوابات الكمومية في الكيوبتات من خلال عمليات منطقية، هي في تطور سريع ومبكر.
اليوم، تحتوي أجهزة الكمبيوتر من هذا النوع بشكل عام على أقل من 100 كيوبت يتم الاحتفاظ بالكيوبتات في حالة كمومية داخل غرف متداخلة تعمل على تبريدها إلى درجة حرارة قريبة من الصفر المطلق وحمايتها من التداخل المغناطيسي والكهربائي.
وصلت هذه التكنولوجيا إلى علامة فارقة في عام 2019، عندما أكمل الكمبيوتر الكمي عملية حسابية محددة في جزء صغير من الوقت الذي كان يحتاجه الكمبيوتر العملاق الكلاسيكي لحل نفس المشكلة ، حيث يعتبر هذا العمل الفذ دليلاً على المبدأ ، ومن المتوقع أن يستغرق استخدام هذا النوع من الكمبيوتر الكمي لحل المشكلات العملية لسنوات وسنوات.
- اقرأ أيضا : الحوسبة السحابية “cloud computing”
- اقرأ أيضا : ماهي الحوسبة الضبابية وكيف تعمل واستخداماتها
- اقرأ أيضا : ماهي حوسبة الحافة – Edge computing
- اقرأ أيضا : ما الفرق بين SaaS و PaaS و IaaS الفئات الرئيسية للحوسبة السحابية.
