ما هي الحوسبة الكمية؟
خلال السنوات القليله الماضية، اشتعلت المواقع التقنية بأخبار الإختراقات الدولية، وأخبار رحلات
الفضاء واخبار الذكاء الإصطناعي، لكن ظهر مفهوم مثير لعشاق التكنولوجيا وهو الحوسبة الكومية،
لذلك في هذا المقال دعونا نتعرف على الحواسيب الكميه وما أهميتها في المستقبل.
ما هي الحوسبة الكمية؟
هي أجهزه حاسوب، لكن ليست مثل أجهزه الكمبيوتر العادية أو حتى أجهزه الكمبيوتر العملاقة، حيث
ان الحواسيب العملاقه تستخدم عدد هائل من وحدات المعالجه، وتصميم ذاكرة بعناية فائقة تسمح
للمعالج بضمان احتفاظة بالبيانات والتعليمات بجميع الاوقات وقدره على تنفيذ العديد من المهام
بالتوازي، الا ان الحواسيب الكميه تستخدم ميكانيكا الكم في صميمها.
الحواسيب الكمية تم بناءها ذرة بعد ذرة، وتعتبر ميكانيكا الكم احد المواضيع الشائكه في علم
الفيزياء، لذلك ليس من المستغرب ان تحمل الحواسيب الكميه نفس الصفات كذلك.
كيف تعمل حواسيب الكم؟
اجهزه حواسيب الكم تستخدم ذرات (quanta) كنظام فيزيائي لها، خلافا لما يحدث في
الحواسيب
العاديه حيث يتم معالجه المعلومات في 0 أو 1 بت، فإن ميكانيكا الكم تسمح للذرات ان تكون على
شكل 0 و 1 بوقت واحد، هذه البت من البيانات تسمى qubit، وهذه الطريقه بمعالجه البيانات
يطلق عليها "التشابك الكمي"، أحد مبادئ ميكانيكا الكم.
بمعنى أخر ان الحواسيب العاديه تمثل إحدىى الحالتين 1 او 0 حيث يمثلان النظام الثنائي الذي
تتعامل معه الحواسيب العاديه، بينما البت الكمي، يستطيع ان يمثل بالاضافة الى هاتين الحالتين حاله
التراكب الكمي المكون منهما معا، بالتالي فان زوجا من البت الكمي يستطيع ان يمثل اي تركيب كمي
من الحالات الأربعة (1,1)(0,0)(1,0)(0,1) لذلك يمكن ان تحفظ معلومات أكثر بالمقارنه
مع البت العاديه وبالتالي زياده سرعة النظام بشكل كبير.
ما هي التحديات التي تواجه الحواسيب الكمية؟
واحدة من أكبر التحديات هو ازاله فك الترابط الكومي quantum decoherence، حيث
تعاني من حساسيتها العالية للعوامل المحيطة، مثل تغيرات دردات الحرارة والتي قد تؤدي الى اصدار
نتائج خاطئة، لذلك تركز العديد من الأبحاث المتعلقة بالحواسيب الكمية على تحسين قدرتها على
اكتشاف الأخطاء والتعامل معها.
ومن الحلول التي يعمل عليها هو عزل النظام بعناية عن اي ظروف خارجية.
كيف بدأت بداية الحوسبة الكمية؟
في عام 1982 ، طرح ريتشارد فيونمان بحث علمي ، بين كيف يمكن محاكاة فيزياء الكم . وهذه
كانت اول مرة يتم استخدام مفهوم الحاسبة الكمية بصورة صريحة. حيث بين انه من الممكن تطوير
الالة التي تعمل وفق فيزياء الكم مع اي حجم من الترانزسستورات بل وانها ستكون افضل منها
بمراحل عديدة . بعد ثلاث سنوات في 1985 جاء Deutsch صاحب السلسلة الفيديوية
المعرفة عن الحوسبة الكمية Quantum Computing، ليوضح نظرية جديدة في بحث
علمي ان اي عملية فيزيائية من الممكن تمثيلها بالشكل الكمي الخاص بالحاسوب المقترح من قبل
فيونمان . ومن ذلك الحين بدأت الابحاث بتطوير الاليات والخوارزميات الخاصة بهذه الالة .
ولكن في تلك البحوث كان اصحابها يواجهون مشاكل رياضية، من الممكن بسبب عدم تواجد
خوارزمية فعلية مصممه لتلك الالة . اي انه مجرد كلام نظري. الى ان جاء شور Shor لينشر
بحثه الشهير في عام 1994 ، والذي طرح من خلاله خوارزمية رياضية كمية جديدة ، يتم من
خلالها تجزئة الاعداد الكبيرة جدا الى عواملها الاولية بسرعه عالية جدا لا تتجاوز اجزءا الثانية ،
والتي قد تأخذ من الحاسوب الحالي في ايامنا هذه سنوات عديدة من العمل . طريقة شورالجديدة
اعطت الامل للباحثين لان يكتبوا خوارزميات كمية جديدة ، والبعض الاخر قد بدأ بتحويل خوارزميات
معروفة من الصيغة الكلاسيكية الى الصيغة الكمية . الان لدينا علم جديد هو علم التشفير الكمي
Quantum Cryptography والمشتق من علم التشفير وامنية المعلومات Security
، وكذلك اصبحت لدينا الخوارزميات الجينية الكمية Quantum Genetic Algorithms
، وخوارزمية النمل بالصيغة الكمية Quantum Ant Colony.
اذا كانت الحوسبة الكمية معقده، لماذا يجري الجميع ورائها؟
تستخدم في عمليات التقنيات العسكريه حيث يمكن ان تتعرف على صورة لوجه أحد الأشخاص داخل
قاعدة بيانات تضم ملايين الصور.
تستخدم في الحسابات المقعده والواسعة النطاق على سبيل المثل الطقس.
أنظمة التشفير حيث يمكن لها ان تكسر تشفير أقوى أنظمة الحماية حاليا، فعلى سبيل المثال قد
تستغرق الحواسيب سنوات لفك تشفير RSA بينما الحواسيب الكمية قد تستغرق أيام ان لم يكن
ساعات.
بمقدور الحوسبة الكمية ان تحل مسائل لا تتعدى بضعة أيام، في حين ان هذه المسائل نفسها تحتاج
لملايين السنين كي يتم حلها بالحواسيب التقليدية، فيمكن لها ان تحاكي العمليات الكيميائيه
والفيزيائية المعقده.
