لقد أثرت فيزياء الكم بالفعل على حياتنا بشكل كبير. إن اختراعات الليزر والترانزستور هي في الواقع نتيجة لنظرية الكم - وبما أن هذين المكونين هما كذلك لبنة أساسية لكل جهاز إلكتروني حول اليوم ، ما تشاهده هو في الأساس ، "ميكانيكا الكم في عمل".
بعد قولي هذا ، فإن صناعة الكم مهيأة الآن لإحداث ثورة في عالم الحوسبة حيث تُبذل جهود كبيرة لتسخير القوة الحقيقية من عالم الكم. يمكن للحوسبة الكمية أن تجد تطبيقات في قطاعات متنوعة مثل الأمن والرعاية الصحية والطاقة وحتى صناعة الترفيه.
الكم مقابل. أجهزة الكمبيوتر الكلاسيكية
يعود تاريخ نظرية الكم إلى أكثر من قرن. ومع ذلك ، فإن الضجة الكمية الحالية ترجع إلى نتائج الأبحاث الحديثة التي تشير إلى عدم اليقين ، و الخاصية المتأصلة للجسيمات الكمومية ، يمكن أن تكون بمثابة سلاح قوي لإدراك الكم القدره.
كما تنص النظرية ، يبدو أنه من المستحيل معرفة كل خاصية من خصائص الجسيمات الكمومية الفردية (مثل الإلكترونات أو الفوتونات). ضع في اعتبارك مثالًا لنظام تحديد المواقع العالمي (GPS) الكلاسيكي ، حيث يمكنه التنبؤ بدقة بسرعة وموقع واتجاه حركتك أثناء وصولك إلى وجهتك المرغوبة.
ومع ذلك ، لا يمكن لنظام GPS الكمي أن يحدد بدقة جميع الخصائص المذكورة أعلاه للجسيم الكمي لأن قوانين فيزياء الكم لا تسمح لك بالقيام بذلك. يؤدي هذا إلى ظهور لغة احتمالية في العالم الكمي بدلاً من لغة اليقين الكلاسيكية.
في هذه الحالة ، تعني اللغة الاحتمالية تعيين الاحتمالات لخصائص مختلفة للكم جسيمات مثل السرعة والموقع واتجاه الحركة التي يبدو من الصعب تحديدها السياقات. هذه الطبيعة الاحتمالية للجسيمات الكمومية تخلق إمكانية تسمح بحدوث أي شيء وكل شيء في أي لحظة من الزمن.
في ضوء الحوسبة ، يتم تمثيل ثنائيات 0 و 1 على أنها كيوبت (بتات كمومية) ، وتمتلك خاصية كونها 1 أو 0 في أي لحظة في الوقت المناسب.
التمثيل أعلاه يترك طعمًا مريرًا في الفم لأنه في الآلات الكلاسيكية يرتبط 0 و 1 بالمفاتيح والدوائر التي تعمل وتغلق في لحظات مختلفة. وبالتالي ، فإن عدم معرفة حالتهم الدقيقة (أي تشغيل أو إيقاف تشغيل) لن يبدو منطقيًا في سياق الحوسبة.
بالمعنى الحقيقي ، يمكن أن يسبب أخطاء حسابية. ومع ذلك ، فإن معالجة المعلومات في العالم الكمي تعتمد على مفهوم عدم اليقين الكمومي - حيث "تراكب" 0 و 1 ليس خطأ ، ولكنه ميزة بدلاً من ذلك. يسمح بمعالجة البيانات بشكل أسرع ويسهل الاتصال بشكل أسرع.
اقرأ أكثر: كيف تعمل أجهزة الكمبيوتر الكمومية
على أعتاب الحوسبة الكمومية
نتيجة الخاصية الاحتمالية لنظرية الكم هي أن النسخ الدقيق للمعلومات الكمومية يبدو مستحيلاً. من وجهة نظر الأمان ، يعد هذا أمرًا مهمًا لأن مجرمي الإنترنت الذين يعتزمون نسخ المفاتيح الكمية لتشفير الرسائل وإرسالها سيفشلون في النهاية ، حتى لو تمكنوا من الوصول إلى أجهزة الكمبيوتر الكمومية.
من المهم الإشارة هنا إلى أن هذا التشفير المتطور (أي طريقة معقدة لتحويل البيانات أو المفاتيح السرية إلى ملفات رمز يمنع الوصول غير المصرح به) نتيجة لقوانين الفيزياء وليس الخوارزميات المكتوبة رياضيًا المستخدمة اليوم. يمكن كسر التشفير الرياضي بمساعدة أجهزة الكمبيوتر القوية ، ومع ذلك ، فإن كسر التشفير الكمي يستدعي إعادة كتابة القوانين الأساسية للفيزياء.
نظرًا لاختلاف التشفير الكمي عن تقنيات التشفير الحالية ، وبالمثل ، تختلف أجهزة الكمبيوتر الكمومية عن تلك التقليدية على مستوى أساسي للغاية. فكر في تشبيه لسيارة وعربة بولوك. هنا ، تخضع السيارة لقوانين فيزيائية معينة تنقلك إلى الوجهة المطلوبة في وقت سريع مقارنة بالنظير. تنطبق نفس الفلسفة على الكمبيوتر الكمومي والكمبيوتر الكلاسيكي.
يستفيد الكمبيوتر الكمومي من الطبيعة الاحتمالية لفيزياء الكم لإجراء العمليات الحسابية ومعالجة البيانات بطريقة فريدة. يمكنها إنجاز مهام الحوسبة بوتيرة أسرع بكثير وأيضًا القفز إلى مفاهيم مستحيلة تقليديًا مثل مفهوم النقل الآني الكمي. يمكن لهذا الشكل من نقل البيانات أن يمهد الطريق لإنترنت المستقبل ، أي الإنترنت الكمي.
ما الذي يمكن أن يستخدمه الكمبيوتر الكمومي اليوم؟
يمكن أن تكون أجهزة الكمبيوتر الكمومية مفيدة لمنظمات البحث والتطوير والسلطات الحكومية والأكاديميين المؤسسات لأنها يمكن أن تساعد في حل المشكلات المعقدة التي تجد أجهزة الكمبيوتر الحالية صعوبة في حلها التعامل مع.
يمكن أن يكون أحد التطبيقات المهمة في تطوير الأدوية ، حيث يمكن محاكاة و تحليل المواد الكيميائية والجزيئات حيث تعمل الجزيئات على نفس قوانين فيزياء الكم مثل الكم أجهزة الكمبيوتر. علاوة على ذلك ، يمكن أن تكون المحاكاة الفعالة لكيمياء الكم ممكنة لأن أسرع الحواسيب العملاقة تفشل في تحقيق الهدف اليوم.
أيضًا ، يمكن لأجهزة الكمبيوتر الكمومية حل مشكلات التحسين المعقدة والمساعدة في البحث السريع عن البيانات غير المصنفة. هناك العديد من التطبيقات في هذا الصدد تتراوح بين فرز البيانات المناخية أو الصحية أو المالية التي تبدو ديناميكية ، إلى تحسين الخدمات اللوجستية أو تدفق حركة المرور.
أجهزة الكمبيوتر الكمومية جيدة أيضًا في التعرف على الأنماط في البيانات مثل مشاكل التعلم الآلي. بالإضافة إلى ذلك ، يمكن لأجهزة الكمبيوتر الكمومية أن تلعب دورًا حاسمًا في تطوير النماذج للتنبؤ بالمستقبل مثل التنبؤ بالطقس.
الاستعداد لمستقبل الكم
مع احتلال السباق نحو مستقبل كمي مركز الصدارة ، يقوم المستثمرون والهيئات الحكومية بتغذية مليارات الدولارات في مجال البحث والتطوير الكمي. تم بالفعل تنفيذ شبكة اتصالات عالمية تستخدم توزيع المفتاح الكمي القائم على الأقمار الصناعية ، مما مهد الطريق لمزيد من التطورات.
تقوم شركات مثل Google و Amazon و Microsoft و IBM وغيرها باستثمارات ضخمة في تطوير موارد الحوسبة الكمية ، مثل الأجهزة والبرامج.
بالنسبة الى كوزموس، قام فريق من الباحثين في الصين ببناء جهاز كمبيوتر كمومي أكمل عملية حسابية معقدة في ما يزيد قليلاً عن 60 دقيقة والتي كانت ستستغرق 8 سنوات على الأقل أو أكثر للكمبيوتر الكلاسيكي اكتمال.
إنها تسليط الضوء على تطورات الحوسبة الكمية التي حدثت خلال العامين الماضيين. من المعتقد أن المجتمع العلمي قد حقق أخيرًا "الميزة الكمية" المراوغة - حيث توجد الحوسبة الكمومية في وضع يمكنها من حل أكثر المشكلات تعقيدًا التي يمكن أن تستغرق الحوسبة الكلاسيكية وقتًا غير عملي لفهمها.
تم تحقيق الإنجاز الكمي لأول مرة بواسطة Google في عام 2019 حيث استخدموا كيوبتات تستخدم التيار لإجراء العمليات الحسابية. في وقت لاحق من عام 2020 ، استخدم الفريق الصيني كيوبتات ضوئية لتسريع العملية. الآن في عام 2021 ، تفوق فريق صيني آخر (بقيادة جيان وي بان في جامعة العلوم والتكنولوجيا الصينية في شنغهاي) على Google مرة أخرى.
في ورقة بحثية منشورة على خادم ArXiv قبل الطباعة، كشف فريق البحث المساهم عن النتائج التي توصلوا إليها فيما يتعلق بالميزة الكمية حيث استخدموا كيوبتات فائقة التوصيل على معالج كمي يسمى Zuchongzhi يتكون من 66 كيوبت. أظهر الفريق أن Zuchongzhi كان قادرًا على معالجة 56 كيوبت للتعامل مع مشكلة حسابية تهدف إلى اختبار قوة أجهزة الكمبيوتر.
احتضان عدم اليقين
كان التطور السريع في عالم التكنولوجيا الكمومية في السنوات الخمس الماضية مثيرًا للغاية. بالنسبة الى ذا كوانتم ديلي، من المتوقع أن تبلغ قيمة صناعة الكم مليارات الدولارات بحلول نهاية عام 2030. على الرغم من وجود العديد من التحديات العملية التي يجب التغلب عليها قبل هذا الانتشار الواسع النطاق ، إلا أن المستقبل يبدو مشرقًا.
لحسن الحظ ، تلقي نظرية الكم الضوء على الجانب الأكثر إشراقًا من "عدم القدرة على التنبؤ". وفقًا للنظرية ، يمكن قفل اثنين من وحدات البت مع بعضهما البعض مع احتمال بقاء كل كيوبت غير محدد بشكل فردي ، ولكنه متزامن مع الآخر عند النظر إليه كوحدة - مما يعني ضمنيًا أن كلاهما 0 أو 1.
يُطلق على عدم القدرة على التنبؤ الفردي واليقين المشترك اسم "التشابك" - وهي أداة مفيدة لمعظم خوارزميات الحوسبة الكمومية اليوم. ومن ثم ، من خلال التعامل مع عدم اليقين بحذر ، يمكن للمنظمات أن تتأقلم مع المستقبل الكمي.
أصبحت أجهزة الكمبيوتر أصغر حجمًا ، ولكن هل ستكون صغيرة جدًا بحيث لا يمكن رؤيتها بالعين المجردة؟
اقرأ التالي
- شرح التكنولوجيا
- الاحصاء الكمية
اشترك في نشرتنا الإخبارية
انضم إلى النشرة الإخبارية لدينا للحصول على نصائح تقنية ومراجعات وكتب إلكترونية مجانية وصفقات حصرية!
خطوة أخرى أيضا…!
يرجى تأكيد عنوان بريدك الإلكتروني في البريد الإلكتروني الذي أرسلناه لك للتو.