تستخدم الحوسبة الكمية ميكانيكا الكم لمعالجة كميات هائلة من المعلومات بمعدل سرعة مرتفع بشكل لا يصدق. يستغرق الكمبيوتر الكمومي من بضع دقائق إلى عدة ساعات لحل مشكلة قد يستغرق حلها الكمبيوتر المكتبي سنوات أو عقودًا.
الحوسبة الكمومية تمهد الطريق لجيل جديد من أجهزة الكمبيوتر العملاقة. من المتوقع أن تتفوق أجهزة الكمبيوتر الكمومية على التكنولوجيا الحالية في مجالات مثل النمذجة واللوجستيات وتحليل الاتجاهات والتشفير والذكاء الاصطناعي.
شرح الحوسبة الكمومية
تم تصور فكرة الحوسبة الكمومية لأول مرة في أوائل الثمانينيات من قبل ريتشارد فاينمان ويوري مانين.اعتقد Feynman و Manin أن الكمبيوتر الكمومي يمكنه محاكاة البيانات بطرق لا يستطيع الكمبيوتر المكتبي القيام بها. لم يقم الباحثون ببناء أول حواسيب كمومية حتى أواخر التسعينيات.
تستخدم الحوسبة الكمية ميكانيكا الكم ، مثل التراكب والتشابك ، لإجراء العمليات الحسابية. ميكانيكا الكم هي فرع من فروع الفيزياء التي تدرس الأشياء الصغيرة للغاية أو المعزولة أو الباردة.
وحدة المعالجة الأساسية للحوسبة الكمومية هي بتات أو كيوبتات. يتم إنشاء Qubits في الكمبيوتر الكمومي باستخدام الخواص الميكانيكية الكمومية للذرات المفردة أو الجسيمات دون الذرية أو الدوائر الكهربائية فائقة التوصيل.
Qubits تشبه البتات المستخدمة من قبل أجهزة الكمبيوتر المكتبية في أن الكيوبتات يمكن أن تكون في حالة كمية 1 أو 0. تختلف الكيوبتات في أنها يمكن أن تكون أيضًا في تراكب للحالتين 1 و 0 ، مما يعني أن الكيوبتات يمكن أن تمثل كلاً من 1 و 0 في وقت واحد.
عندما تكون الكيوبتات في حالة تراكب ، تُضاف حالتان كميتان معًا وينتج عنهما حالة كمومية أخرى.يعني التراكب أن العمليات الحسابية المتعددة تتم معالجتها في وقت واحد. لذلك ، يمكن أن يمثل اثنان كيوبت أربعة أعداد في نفس الوقت. تعالج أجهزة الكمبيوتر العادية البتات في حالة واحدة فقط من حالتين محتملتين ، 1 أو 0 ، وتتم معالجة الحسابات واحدة تلو الأخرى.
تستخدم أجهزة الكمبيوتر الكمومية أيضًا التشابك لمعالجة الكيوبتات. عندما يكون الكيوبت متشابكًا ، فإن حالة هذا الكيوبت تعتمد على حالة كيوبت آخر بحيث يكشف أحد الكيوبت عن حالة زوجها غير المرصود.
المعالج الكمي هو جوهر الكمبيوتر
إنشاء كيوبت مهمة صعبة. يتطلب الأمر بيئة متجمدة للحفاظ على كيوبت لأي فترة زمنية. يجب تبريد المواد فائقة التوصيل المطلوبة لإنشاء كيوبت إلى الصفر المطلق (حوالي 272 درجة مئوية تحت الصفر). يجب أيضًا حماية الكيوبتات من ضوضاء الخلفية لتقليل الأخطاء في الحساب.
يشبه الجزء الداخلي من الكمبيوتر الكمومي ثريا ذهبية فاخرة. ونعم ، إنه مصنوع من الذهب الحقيقي. إنها ثلاجة مخففة تعمل على تبريد الرقائق الكمومية حتى يتمكن الكمبيوتر من إنشاء تراكبات وتشابك كيوبتات دون فقد أي من المعلومات.
يصنع الكمبيوتر الكمومي هذه الكيوبتات من أي مادة تعرض خصائص ميكانيكا الكم التي يمكن التحكم فيها. تُنشئ مشاريع الحوسبة الكمومية كيوبتات بطرق مختلفة ، مثل حلقات الأسلاك فائقة التوصيل ، وتدوير الإلكترونات ، وحبس الأيونات أو نبضات الفوتونات. توجد هذه الكيوبتات فقط في درجات حرارة شبه التجمد التي تم إنشاؤها في ثلاجة التخفيف.
لغة برمجة الحوسبة الكمية
تحلل الخوارزميات الكمية البيانات وتقدم عمليات المحاكاة بناءً على البيانات. تتم كتابة هذه الخوارزميات بلغة برمجة تركز على الكم. تم تطوير العديد من اللغات الكمومية من قبل الباحثين وشركات التكنولوجيا.
هذه بعض لغات برمجة الحوسبة الكمومية:
- QISKit: مجموعة برامج المعلومات الكمية من IBM عبارة عن مكتبة كاملة المكدس لكتابة ومحاكاة وتشغيل البرامج الكمية.
- Q: لغة البرمجة المضمنة في Microsoft Quantum Development Kit. تتضمن مجموعة التطوير جهاز محاكاة كمي ومكتبات خوارزمية.
- Cirq: لغة كمومية تم تطويرها بواسطة Google تستخدم مكتبة Python لكتابة الدوائر وتشغيل هذه الدوائر في أجهزة الكمبيوتر والمحاكاة الكمومية.
- Forest: بيئة مطور أنشأتها Rigetti Computing والتي تكتب وتدير البرامج الكمية.
استخدامات الحوسبة الكمية
أصبحت أجهزة الكمبيوتر الكمومية الحقيقية متاحة في السنوات القليلة الماضية ، ولا يوجد سوى عدد قليل من شركات التكنولوجيا الكبيرة التي تمتلك كمبيوترًا كميًا. تشمل بعض شركات التكنولوجيا هذه Google و IBM و Intel و Microsoft. يعمل قادة التكنولوجيا هؤلاء مع الشركات المصنعة وشركات الخدمات المالية وشركات التكنولوجيا الحيوية لحل مجموعة متنوعة من المشكلات.
توفر خدمات الكمبيوتر الكمومي والتقدم في قوة الحوسبة يمنح الباحثين والعلماء أدوات جديدة لإيجاد حلول للمشكلات التي كان من المستحيل حلها في السابق.قللت الحوسبة الكمومية مقدار الوقت والموارد التي تستغرقها لتحليل كميات هائلة من البيانات ، وإنشاء عمليات محاكاة حول تلك البيانات ، وتطوير الحلول ، وإنشاء تقنيات جديدة تعمل على حل المشكلات.
تستخدم الأعمال والصناعة الحوسبة الكمية لاستكشاف طرق جديدة لممارسة الأعمال التجارية. فيما يلي بعض مشاريع الحوسبة الكمية التي قد تفيد الأعمال والمجتمع:
- صناعة الطيران تستخدم الحوسبة الكمومية لاستكشاف طرق أفضل لإدارة الحركة الجوية.
- تأمل الشركات المالية والاستثمارية في استخدام الحوسبة الكمية لتحليل مخاطر وعائد الاستثمارات المالية ، وتحسين استراتيجيات المحفظة ، وتسوية التحولات المالية.
- يتبنى المصنعون الحوسبة الكمية لتحسين سلاسل التوريد الخاصة بهم ، وخلق الكفاءات في عمليات التصنيع الخاصة بهم ، وتطوير منتجات جديدة.
- تستكشف شركات التكنولوجيا الحيوية طرقًا لتسريع اكتشاف الأدوية الجديدة.
ابحث عن كمبيوتر كمي واختبر مع الحوسبة الكمية
بعض علماء الكمبيوتر يطورون طرقًا لمحاكاة الحوسبة الكمومية على كمبيوتر سطح المكتب.
تقدم العديد من أكبر شركات التكنولوجيا في العالم خدمات كمية. عند إقرانها بأجهزة كمبيوتر وأنظمة سطح المكتب ، تخلق هذه الخدمات الكمية بيئة حيث تحل المعالجة الكمية - مع أجهزة الكمبيوتر المكتبية - المشكلات المعقدة.
- تقدم IBM بيئة IBM Q مع إمكانية الوصول إلى العديد من أجهزة الكمبيوتر الكمومية الحقيقية وعمليات المحاكاة التي يمكنك استخدامها من خلال السحابة.
- تقدم Alibaba Cloud منصة سحابية للحوسبة الكمومية حيث يمكنك تشغيل واختبار أكواد الكم المخصصة.
- تقدم Microsoft مجموعة أدوات تطوير كمومية تتضمن لغة البرمجة Qومحاكيات الكم ومكتبات تطوير الكود الجاهز للاستخدام.
- لدى Rigetti منصة سحابية أولية كمومية وهي حاليًا في مرحلة تجريبية. تم تكوين نظامهم الأساسي مسبقًا باستخدام Forest SDK.
أخبار الحوسبة الكمومية في المستقبل
الحلم هو أن أجهزة الكمبيوتر الكمومية ستحل المشكلات الكبيرة جدًا والمعقدة جدًا حاليًا بحيث لا يمكن حلها باستخدام الأجهزة القياسية - خاصةً للنمذجة البيئية واحتواء الأمراض.
أجهزة كمبيوتر سطح المكتب ليس لديها مساحة لإجراء هذه العمليات الحسابية المعقدة وإجراء هذا الكم الهائل من تحليل البيانات. تأخذ الحوسبة الكمية أكبر مجموعات البيانات الضخمة وتعالج هذه المعلومات في جزء صغير من الوقت الذي تستغرقه على جهاز كمبيوتر سطح المكتب. تستغرق البيانات التي قد تستغرق معالجة وتحليل الكمبيوتر المكتبي عدة سنوات بضعة أيام فقط لجهاز كمبيوتر كمي.
الحوسبة الكمومية لا تزال في مهدها ، لكن لديها القدرة على حل أكثر مشاكل العالم تعقيدًا بسرعة الضوء. يمكن لأي شخص أن يخمن إلى أي مدى ستنمو الحوسبة الكمية ومدى توفر أجهزة الكمبيوتر الكمومية.
