تعرف على الكمبيوتر الكمي إستخداماته
تعرف على الكمبيوتر الكمي إستخداماته

تعرف على الكمبيوتر الكمي و إستخداماته

للكمبيوتر الكمي القدرة على زيادة تنوع ودقة الحسابات بشكل كبير, فتح تطبيقات جديدة لأجهزة الكمبيوتر وتعزيز نماذجنا من الظواهر الفيزيائية. ومع ذلك ، بينما تشهد أجهزة الكمبيوتر الكمية تغطية إعلامية متزايدة ، لا يزال الكثيرون غير متأكدين من مدى اختلاف أجهزة الكمبيوتر الكمية عن أجهزة الكمبيوتر العادية. دعنا نفحص كيفية عمل أجهزة الكمبيوتر الكمية وبعض تطبيقاتها ومستقبلها القادم.

ما هو الكمبيوتر الكمي؟

قبل أن نتمكن من فحص كيفية عمل أجهزة الكمبيوتر الكمية بشكل مفيد ، نحتاج أولاً إلى تعريف أجهزة الكمبيوتر الكمية. التعريف المختصر للحاسوب الكمي هو: كمبيوتر ، يعتمد على ميكانيكا الكم ، قادر على تنفيذ حسابات معقدة معينة بكفاءة أكبر بكثير من أجهزة الكمبيوتر العادية. هذا تعريف سريع لأجهزة الكمبيوتر الكمية ، لكننا نريد أن نأخذ بعض الوقت لفهم ما يفصل أجهزة الكمبيوتر الكمية عن أجهزة الكمبيوتر العادية.

ترميز أجهزة الكمبيوتر العادية المعلومات بنظام ثنائي: تمثل كل بت من البيانات إما واحد أو صفر. يتم ربط سلسلة من واحد وأصفر معًا لتمثيل أجزاء معقدة من المعلومات مثل النص والصور والصوت. ومع ذلك ، في هذه الأنظمة الثنائية ، لا يمكن تخزين المعلومات إلا في شكل واحد وأصفار ، مما يعني أن هناك حدًا صارمًا لكيفية تمثيل البيانات وتفسيرها وأنه عندما تصبح البيانات أكثر تعقيدًا ، يجب أن تصبح بالضرورة سلاسل أطول وأطول من واحد و الأصفار.

السبب وراء قدرة أجهزة الكمبيوتر الكمية على تخزين البيانات وتفسيرها بشكل أكثر كفاءة هو أنها لا تستخدم البتات لتمثيل البيانات ، بدلاً من استخدام البتات تستخدم (Qubits) هي جسيمات دون ذرية مثل الفوتونات والإلكترونات. لدى (Qubits) زوجان من الخصائص المثيرة للاهتمام التي تجعلها مفيدة لطرق الحساب الجديدة. لدى (Qubits) خاصيتان يمكن لمهندسي الكمبيوتر الاستفادة منهما: التراكبات والتشابك.

تسمح تراكبات الكم بتواجد الكيوبت ليس فقط في حالة “واحد” أو في حالة “صفر” ، ولكن على طول سلسلة متصلة بين هذه الحالات ، مما يعني أنه يمكن الاحتفاظ بمزيد من المعلومات باستخدام الكوبتات. وفي الوقت نفسه ، يشير التشابك الكمي إلى ظاهرة حيث يمكن إنشاء أزواج من الكوبيتات وإذا تم تغيير أحد الكيتات ، فإن الكيتات الأخرى تتغير ، بطريقة يمكن التنبؤ بها أيضًا. يمكن استخدام هذه الخصائص الكمية لتمثيل وتنظيم البيانات المعقدة بطرق أكثر كفاءة.

كيف تعمل أجهزة الكمبيوتر الكمية ؟

تستمد “التراكبات” الكمية اسمها من حقيقة أنها يمكن أن تكون في أكثر من موضع في وقت واحد. في حين أن البتات يمكن أن تكون في موقعين فقط ، يمكن أن توجد البتات البتية في حالات متعددة في وقت واحد.

يرجع الفضل في جزء منه إلى وجود التراكبات الكمية ، أن الكمبيوتر الكمِ قادر على حساب العديد من النتائج المحتملة المختلفة في نفس الوقت. بمجرد إجراء الحسابات ، يتم قياس الكوبتات ، مما يخلق نتيجة نهائية من خلال انهيار الحالة الكمية إلى 0 أو 1 ، مما يعني أن النتيجة يمكن تفسيرها بواسطة أجهزة الكمبيوتر التقليدية.

يمكن للباحثين والمهندسين في الحوسبة الكمية أن يغيروا موقع الكوبت باستخدام الموجات الدقيقة أو الليزرات الدقيقة.

يمكن لمهندسي الكمبيوتر الاستفادة من التشابك الكمي لتحسين قوة معالجة أجهزة الكمبيوتر بشكل كبير. يشير التشابك الكمي إلى حقيقة أنه يمكن ربط وحدتي كيوبتات معًا بطريقة تؤدي إلى تغيير أحد الكيوبتات إلى كيوبت أخرى بطريقة موثوقة. ليس من المفهوم تمامًا لماذا يمكن للكيوبتات إنشاء مثل هذه العلاقة أو كيفية عمل هذه الظاهرة بالضبط ، لكن العلماء يفهمونها جيدًا بما يكفي للاستفادة منها على الأرجح لأجهزة الكمبيوتر الكمية. نظرًا للتشابك الكمي، لا تؤدي إضافة وحدات البت الإضافية إلى آلة الكم إلى مضاعفة قوة المعالجة لجهاز الكمبيوتر فحسب ، بل يمكنها أيضًا زيادة قوة المعالجة بشكل كبير.

إذا بدا كل هذا مجردً بعض الشيء ، فيمكننا وصف مدى فائدة التراكبات من خلال تخيل متاهة. لكي يحاول الكمبيوتر العادي حل متاهة ، يجب أن يجرب كل مسار في المتاهة حتى يجد طريقًا ناجحًا. ومع ذلك ، يمكن لكمبيوتر الكمِ استكشاف جميع المسارات المختلفة في وقت واحد ، لأنه غير مرتبط بأي حالة معينة.

كل هذا يعني أن خصائص التشابك والتراكب تجعل أجهزة الكمبيوتر الكمية مفيدة لأنها يمكن أن تتعامل مع عدم اليقين ، فهي قادرة على استكشاف المزيد من الحالات والنتائج المحتملة. سوف تساعد أجهزة الكمبيوتر الكمية العلماء والمهندسين على وضع نماذج أفضل وفهم المواقف متعددة الأوجه ، مع العديد من المتغيرات.

ما هي إستخدامات أجهزة الكمبيوتر الكمية ؟

الآن بعد أن أصبح لدينا معرفه أفضل في كيفية عمل أجهزة الكمبيوتر الكمية ، فلنستكشف حالات الاستخدام المحتملة لأجهزة الكمبيوتر الكمية.

لقد ألمحنا بالفعل إلى حقيقة أنه يمكن استخدام أجهزة الكمبيوتر الكمية لإجراء العمليات الحسابية العادية بصورة أسرع بكثير. ومع ذلك ، يمكن استخدام تكنولوجيا الكمبيوتر الكمِ لتحقيق أشياء قد لا تكون ممكنة أو غير عملية للغاية مع أجهزة الكمبيوتر العادية.

أحد أكثر التطبيقات الواعدة والمثيرة للاهتمام لأجهزة الكمبيوتر الكمية هو في مجال الذكاء الاصطناعي. تمتلك أجهزة الكمبيوتر الكمية القدرة على تحسين النماذج التي تم إنشاؤها بواسطة الشبكات العصبية ، بالإضافة إلى البرامج التي تدعمها. تستخدم Google حاليًا أجهزة الكمبيوتر الكمية للمساعدة في إنشاء مركبات ذاتية القيادة.

تلعب أجهزة الكمبيوتر الكمية أيضًا دورًا في تحليل التفاعلات الكيميائية. حتى أجهزة الكمبيوتر العادية الأكثر تقدمًا لا يمكنها إلا نموذج التفاعلات بين الجزيئات البسيطة نسبيًا ، والتي تحققها من خلال محاكاة خصائص الجزيئات المعنية. ومع ذلك ، تسمح أجهزة الكمبيوتر الكمية للباحثين بإنشاء نماذج لها خصائص كمية دقيقة مثل الجزيئات التي يبحثون عنها. إن النمذجة الجزيئية الأسرع والأكثر دقة ستساعد في إنشاء أدوية علاجية جديدة ومواد جديدة للاستخدام في إنشاء تكنولوجيا الطاقة ، مثل الألواح الشمسية الأكثر كفاءة.

لا يمكن حتى لأجهزة الكمبيوتر العادية الأكثر تقدمًا الى نمذجة التفاعلات بين الجزيئات البسيطة نسبيًا ، والتي تحققها من خلال محاكاة خصائص الجزيئات المعنية.

يمكن أيضًا استخدام أجهزة الكمبيوتر الكمية للتنبؤ بشكل أفضل بالطقس. الطقس هو التقاء العديد من الأحداث والصيغ المستخدمة للتنبؤ بأنماط الطقس معقدة ، تحتوي على العديد من المتغيرات. قد يستغرق تنفيذ جميع الحسابات اللازمة للتنبؤ بالطقس ، والتي يمكن أن تتطور خلالها أحوال الطقس نفسها ، وقتًا طويلاً للغاية. لحسن الحظ ، فإن المعادلات المستخدمة للتنبؤ بالطقس لها طبيعة موجية يمكن للحاسوب الكمِ استغلالها. يمكن لأجهزة الكمبيوتر الكمية مساعدة الباحثين على بناء نماذج مناخية أكثر دقة ، وهي ضرورية في عالم يتغير فيه المناخ.

يمكن أيضًا استخدام أجهزة الكمبيوتر والخوارزميات الكمية للمساعدة في ضمان خصوصية بيانات الأشخاص. يستخدم التشفير الكمِ مبدأ عدم اليقين الكمِ ، حيث تنتهي أي محاولة لقياس كائن ما بإجراء تغييرات على ذلك الكائن. ستؤثر محاولات اعتراض الاتصالات على التواصل الناتج وتظهر أدلة على التلاعب.

ستقتصر معظم استخدامات أجهزة الكمبيوتر الكمية على الأكاديميين والشركات. من غير المحتمل أن يحصل المستهلكون / عامة الناس على الهواتف الذكية الكمّية ، على الأقل ليس قريبًا. هذا لأنه يتطلب معدات متخصصة لتشغيل جهاز الكمبيوتر الكمي. أجهزة الكمبيوتر الكمية حساسة للغاية للاضطراب ، حيث أن حتى أكثر التغييرات الدقيقة في البيئة المحيطة يمكن أن تتسبب في تحويل الكوبتات إلى وضع وإسقاط حالة التراكب. وهذا ما يسمى decoherence ، وهو أحد الأسباب التي تجعل التقدم في أجهزة الكمبيوتر الكمية يبدو بطيئًا جدًا مقارنة بأجهزة الكمبيوتر العادية. تحتاج أجهزة الكمبيوتر الكمية عادة إلى العمل في ظروف درجات الحرارة المنخفضة الشديدة ، معزولة عن المعدات الكهربائية الأخرى.

حتى مع كل الاحتياطات ، لا يزال الضجيج قادرًا على إنشاء أخطاء في الحسابات ، والباحثون يبحثون عن طرق لجعل الكيبتات أكثر موثوقية. لتحقيق التفوق الكمي ، حيث يتفوق الكمبيوتر الكمي تمامًا على قوة الكمبيوتر العملاق الحالي ، يجب ربط الكوبتات معًا. يمكن أن يتطلب الكمبيوتر الكمي الأعلى حقًا آلاف الكوبتات ، لكن أفضل أجهزة الكمبيوتر الكمية اليوم يمكن أن تتعامل عادةً مع حوالي 50 كيلوبايت فقط. يعمل الباحثون باستمرار في الطرق المؤدية إلى إنشاء كوبيتات أكثر استقرارًا وموثوقية. يتوقع الخبراء في مجال الحواسيب الكمية أن الأجهزة الكمية القوية والموثوقة قد تكون هنا في غضون عقد من الزمان.