في عصرنا الحديث ، تتطور أجهزة الكمبيوتر القياسية بلا شك مقارنة بما كان بإمكاننا حشده قبل بضعة عقود. ومع ذلك ، مع مدى سرعة وتنوع أجهزة الكمبيوتر الآن ، من الصعب تخيل أي شيء يمكن أن يكون أفضل. أدخل الحوسبة الكمومية. يهدف هذا المجال العلمي إلى استخدام قوانين الكون لتحقيق أهداف لا تصدق.
إذن ، ما هي الحوسبة الكمومية بالضبط ، وكيف ستؤثر على عالمنا في المستقبل؟
ما هي الحوسبة الكمومية؟
على الرغم من أن ديناميكيات الحوسبة الكمومية لا تزال قيد الدراسة حتى اليوم ، إلا أنها ظهرت في الثمانينيات من قبل الفيزيائي بول بينيوف. في هذا الوقت ، اقترح بينيوف نموذج الحوسبة الكمومية لآلة تورينج. بعد ذلك ، ساعد الأفراد اللاحقون في تطوير نظرية وتطبيق الحوسبة الكمومية ، بما في ذلك إسحاق تشوانغ ونيل جيرشينفيلد.
يختلف تعريف الحوسبة الكمومية اختلافًا طفيفًا اعتمادًا على الموقع الذي تزوره. أبسط أشكالها هو نوع من الحوسبة التي تعتمد على ميكانيكا الكم في العمل. في حين أن أجهزة الكمبيوتر الكمومية كانت مجرد نظرية على الورق ، إلا أنها تنبض بالحياة الآن.
إذن ، ما نوع أجهزة الكمبيوتر الكمومية التي نتعامل معها اليوم؟
لا تزال الحوسبة الكمومية قيد التطوير. إنه مجال معقد بشكل لا يصدق وقد أفسح المجال للعديد من النماذج الأولية ، مثل حاسوب Google الكمي Sycamore. في عام 2019 ، أعلنت Google أن Sycamore استغرق دقائق لحل عملية حسابية قد تستغرق 10000 عام من الكمبيوتر العملاق. لكن ما هو الاختلاف في أجهزة الكمبيوتر الكمومية؟ كيف يمكنهم القيام بمثل هذه الأعمال البطولية الضخمة؟
أساسيات الحوسبة الكمومية
يستخدم الكمبيوتر النموذجي وحدات تعرف بالبتات لتعمل. يمكن أن يكون للبت واحد فقط من قيمتين: صفر أو واحد. تُستخدم هذه البتات لكتابة رمز ثنائي ، وهو عنصر أساسي مطلق في عالم الحوسبة.
من ناحية أخرى ، فإن الشيء المعروف باسم البت الكمي (كيوبت) هو الوحدة الأساسية لأجهزة الكمبيوتر الكمومية. هذه هي الوحدات التي تحتاجها أجهزة الكمبيوتر الكمومية لتخزين البيانات وتنفيذ الوظائف. يمكن للكيوبت أن يحمل المعلومات في حالة كمية ويمكن أن يتولد بعدة طرق ، مثل دوران الإلكترون.
يمكن أن تتخذ Qubits أي عدد من الأشكال ، مثل الفوتون أو الأيونات المحاصرة. هذه جسيمات صغيرة متناهية الصغر تشكل أساس كوننا.
Qubits لديها الكثير من الإمكانات. يتم استخدامها حاليًا في أجهزة الكمبيوتر الكمومية لحل خوارزميات الكم متعددة الأبعاد وتشغيل النماذج الكمومية. الأمر المذهل بشأن الكيوبتات هو أنها يمكن أن توجد في حالات متعددة في وقت واحد. هذا يعني أنه يمكن أن يكونا صفرًا أو واحدًا أو أي شيء بينهما في نفس الوقت.
بسبب هذه الخاصية ، يمكن للكيوبتات النظر في احتمالات متعددة في وقت واحد ، مما يمنح أجهزة الكمبيوتر الكمومية القدرة على إجراء العمليات الحسابية قبل أن تصبح حالة الكائن قابلة للقياس. يسمح هذا لأجهزة الكمبيوتر الكمومية بحل المشكلات المعقدة بشكل أسرع بكثير من أجهزة الكمبيوتر العادية.
إيجابيات أجهزة الكمبيوتر الكمومية
أكبر ميزة لأجهزة الكمبيوتر الكمومية هي السرعة التي يمكنها بها إجراء العمليات الحسابية. يمكن أن توفر هذه التكنولوجيا سرعات حوسبة لن تتمكن أجهزة الكمبيوتر التقليدية من تحقيقها. تعد أجهزة الكمبيوتر الكمومية أيضًا أكثر قدرة على حل مشكلات أكثر تعقيدًا من أجهزة الكمبيوتر العادية ويمكنها تشغيل عمليات محاكاة معقدة للغاية.
يشار أحيانًا إلى هذه القدرة المتقدمة التي توفرها أجهزة الكمبيوتر الكمومية باسم "التفوق الكمي، "لأن لديهم إمكانات تتجاوز بكثير أجهزة الكمبيوتر ، أو حتى أجهزة الكمبيوتر العملاقة المتقدمةيمكن تحقيقه في السنوات أو العقود القليلة القادمة. لكن أجهزة الكمبيوتر الكمومية ليست مثالية بأي حال من الأحوال. تأتي هذه الآلات مع بعض الجوانب السلبية التي قد تؤثر على نجاحها في المستقبل.
سلبيات أجهزة الكمبيوتر الكمومية
نظرًا لأن أجهزة الكمبيوتر الكمومية لا تزال في مرحلة النموذج الأولي ، فلا يزال يتعين التغلب على العديد من المشكلات.
أولاً ، تحتاج أجهزة الكمبيوتر الكمومية إلى بيئات قاسية تعمل فيها. في الواقع ، يجب أن توجد هذه الآلات في درجات حرارة تبلغ حوالي 450 درجة فهرنهايت. هذا يجعل من الصعب على معظم الشركات والجمهور الوصول إلى أجهزة الكمبيوتر الكمومية. علاوة على ذلك ، تعد أجهزة الكمبيوتر الكمومية كبيرة جدًا مقارنة بالنماذج القياسية الحالية ، على غرار حجم الكمبيوتر الأول. في حين أن هذا من المرجح أن يتغير في المستقبل ، فإنه سيسهم في عدم إمكانية الوصول إلى هذه التكنولوجيا للقوم العاديين في المراحل الأولى من التطور.
لا تزال أجهزة الكمبيوتر الكمومية تتعامل أيضًا مع معدلات أخطاء عالية جدًا. للاندماج الناجح في مختلف الصناعات ، نحتاج إلى التأكد من أن هذه الآلات توفر معدل نجاح مرتفعًا بحيث يمكن الاعتماد عليها.
الآن بعد أن فهمنا أساسيات الحوسبة الكمومية وإيجابياتها وسلبياتها ، دعنا ندخل في كيفية تطبيق هذه التكنولوجيا في مختلف الصناعات.
استخدامات الحوسبة الكمومية
نظرًا لأن الحوسبة الكمومية لا تزال إلى حد ما في مراحل تطورها المبكرة ، يتم طرح العديد من الأفكار حول ما يمكن أن تفعله يومًا ما. هناك الكثير من المفاهيم الخاطئة حول أجهزة الكمبيوتر الكمومية ، والتي ترجع إلى سوء فهم التكنولوجيا. يقترح بعض الناس أن أجهزة الكمبيوتر الكمومية ستُستخدم لدخول أكوان متوازية أو حتى لمحاكاة السفر عبر الزمن.
بينما لا يمكن استبعاد هذه الاحتمالات تمامًا ، يجب علينا التركيز على التطبيقات الأكثر واقعية للحوسبة الكمومية التي يمكن تحقيقها خلال العقود القليلة القادمة. لذا ، دعنا ندخل في تطبيقات الحوسبة الكمومية.
1. الذكاء الاصطناعي وتعلم الآلة
الذكاء الاصطناعي والتعلم الآلي نوعان من التقنيات الأخرى التي تبدو مستقبلية تقريبًا ولكنهما تزدادان تقدمًا مع مرور السنين. مع تطور هذه التقنيات ، قد نحتاج إلى الانتقال من أجهزة الكمبيوتر القياسية. هذا هو المكان الذي يمكن أن تتدخل فيه أجهزة الكمبيوتر الكمومية ، مع إمكاناتها الهائلة لمعالجة الوظائف وحل العمليات الحسابية بسرعة.
2. الأمن الإلكتروني
مع زيادة تطور مجرمي الإنترنت ، تزداد حاجتنا إلى مستويات عالية من الأمن السيبراني. اليوم، الجريمة السيبرانية شائعة بشكل مقلق، مع استهداف آلاف الأشخاص شهريًا.
باستخدام الحوسبة الكمومية ، قد نتمكن يومًا ما من تطوير بروتوكولات عالية الجودة للأمن السيبراني بسهولة أكبر يمكنها معالجة حتى أكثر الهجمات تعقيدًا.
تمتلك الحوسبة الكمومية أيضًا القدرة على تقديم يد المساعدة في علم التشفير ، وتحديداً في مجال معروف باسم تشفير الكم. هذا يستكشف فعل الاستفادة من ميكانيكا الكم تنفيذ وظائف التشفير.
3. تطوير الأدوية
إن قدرة أجهزة الكمبيوتر الكمومية على التنبؤ بنتيجة المواقف يمكن أن تجعلها فعالة في تطوير الأدوية. قد يساعد الكمبيوتر الكمومي يومًا ما في التنبؤ بكيفية عمل جزيئات معينة في سيناريوهات معينة. على سبيل المثال ، يمكن للكمبيوتر الكمومي أن يتنبأ بكيفية تصرف الدواء داخل جسم الشخص.
هذا المستوى المرتفع من البحث يمكن أن يجعل فترة التجربة والخطأ لتطوير الدواء أسهل بكثير.
الاهتمامات المحيطة بالحوسبة الكمومية
عندما يتطور نوع جديد من التكنولوجيا ، من الطبيعي أن يشعر الناس ببعض القلق. لذا ، هل يجب أن تكون الحوسبة الكمومية مصدر قلق لنا؟
كان هناك الكثير من الحديث عن الأمن السيبراني المخاطر التي تشكلها أجهزة الكمبيوتر الكمومية. على الرغم من أن أجهزة الكمبيوتر الكمومية يمكن أن تساعد في تحقيق مستويات أعلى من الأمن الرقمي ، إلا أن الأمور قد تسير في الاتجاه الآخر. في حين أن هذا التهديد افتراضي في الوقت الحالي ، فهناك احتمال أن يتطور إلى ملف قضية في السنوات القادمة ، لا سيما عندما تصبح أجهزة الكمبيوتر الكمومية في متناول الجميع سكان. بعض الشركات تقدم بالفعل "VPN واقية من الكم"الخدمات تحسبا.
نظرًا لأن أجهزة الكمبيوتر الكمومية يمكن أن تحل مشاكل معقدة للغاية ، فإن قدرتها على اختراق كلمات المرور و فك تشفير البيانات يزيد. بينما تكافح أجهزة الكمبيوتر العملاقة للعثور على مفاتيح كبيرة لفك التشفير ، فقد يكون لدى أجهزة الكمبيوتر الكمومية يومًا ما القدرة على فك تشفير البيانات الحساسة بسهولة ، وهو ما سيكون أخبارًا جيدة جدًا للجهات الخبيثة.
ستدفعنا الحوسبة الكمية إلى المستقبل
الإمكانيات التي توفرها الحوسبة الكمومية لا تقل عن كونها لا تصدق وستكون قابلة للتحقيق في يوم من الأيام. على الرغم من أن الحوسبة الكمومية لا تزال في مراحلها الأولى ، فإن التطورات المستمرة في هذا المجال قد تقودنا إلى إنجازات تقنية ضخمة. فقط الوقت سيخبرنا بهذا!