الحوسبة الكمومية

في هذا المقال سوف نستعرض الحوسبة الكمومية متى بدأت , وما هو الكمبيوتر الكمومي؟ وماهي التحديات و التطبيقات والاستخدمات التي قد تفيد البشرية في حال اطلاق حاسوب كمي.

بدأت اجهزة الحاسب والكمبيوتر عبر إستخدام الاكتشافات والاختراعات الفيزيائية منذ اطلاق اول حاسب في التاريخ. حيث تم استخدام الأنابيب المفرغةو الترانزستورات والدوائر المتكاملة. ويعود الفضل في تطور الاجهزة لاذكية اليوم الى ماوصلت اليه الاكتشافات والاختراعات الفيزيائية. حتى اصبح اصغر جهاز في يد اي انسان يملك معالج يتفوق على المعالج الذي أستخدم في ارسال الانسان الى القمر. وحيث ان اجهزة الحاسب والكمبيوتر والاجهزة الذكية تعتمد بشكل كامل على تفاصيل فيزيائية. لذلك بدأ في العلماء في استخدام احدث تقنيات الفيزياء وهي فيزياء الكم. وبسبب بساطة هذا المقال وتنوع القراء فلن اطيل في فيزياء الكم.

توضيح تمثيلي للفرق بين البت و الكوانتم بت

محتويات المقال

ماهو الحاسوب الكمومي Quantum Computer

الكمبيوتر العادي يستخدم البت. وكل بت يحتوى على احدى رقمين ( صفر او واحد), لذلك عندما نرسل واحد بت . فإننا فعلياً نرسل شي واحد فقط (إما صفر او واحد) بينما في (فيزياء الكم) و الحوسبة الكمومية , يمكن للبت ان يحمل عدد اكثر من المعلومات. حيث ان البت الواحد في الحوسبة الكمومية يمكن ان يحمل 2 اس عدد البت.

المثال على اليسار يوضح الفرق بين (البت) العادي الذي يمكن ان يكون واحد او اثنين وبين (الكوانتم بت) الذي يمكن ان يكون عدد اكثر 2^{n}

تاريخ الحوسبة الكمومية

لايوجد تاريخ محدد يمكن تعريفه على انه تاريخ بداية الحوسبة الكمومية. ولكن كلما تطورت نظريات فيزياء الكم كلما تم استحداث تقنيات جديدة في الحوسبة الكمومية. عموما يمكن تلخيصها حسب التالي:

يمكن اعتبار تاريخ 1980 بداية تقريبية للحوسبة الكمومية عندما اقترح الفيزيائي بول بينيوف نموذجًا ميكانيكيًا كميًا لآلة تورينج. توقع عالمي الفيزياء (ريتشارد فاينمان) و (يوري مانين) أن الكمبيوتر الكمي لديه قدرة على محاكاة أشياء لا يستطيع الكمبيوتر الكلاسيكي القيام بها بشكل عملي. بينما في عام 1994 ، طور (Peter Shor) خوارزمية كمومية لعوملة الأعداد الصحيحة مع إمكانية فك تشفير الاتصالات المشفرة بنظام RSA. على الرغم من التقدم المستمر في التجارب والاختبارات لإطلاق كمبيوتر كمومي الا ان النتائج ليست مرضية دائماً، يعتقد معظم الباحثين أن “الحوسبة الكمومية لا تزال حلما بعيد المنال”.

في السنوات الأخيرة ، ازدادت الاستثمارات في أبحاث الحوسبة الكمومية في القطاعين العام والخاص.و في 23 أكتوبر 2019 ، ادعت Google AI ، بالشراكة مع الإدارة الوطنية للملاحة الجوية والفضاء الأمريكية (NASA) أنه قد أجريت حسابات (كميًا) لم يكن ممكنًا ان تتم على أي جهاز كمبيوتر كلاسيكي.

الحوسبة الكمومية بين التحديات والطموحات

التطبيقات والطموحات لاتزال غير واضحه بشكل كامل وخصوصاً ان فيزياء الكم ليست ناضجة بشكل مرضي. ولكن يتوقع العلماء ان تطوير حوسبة كمومية اكثر نظجاً قد يساعد في تطوير تطبيقات مثل:

استخدامات الحاسوب الكمي

التشفير ( Cryptography ) : من التطبيقات البارزة للحسابات الكمومية الهجمات على أنظمة التشفير المستخدمة حاليًا.
مشاكل البحث : البحث وخصوصاً في قواعد البيانات قد يتطور بشكل مهول في حال استخدام الحوسبة الكمية. وخصوصاً في مجال البحث في قواعد البيانات غير المنظمة.
محاكاة أنظمة الكم : نظرًا لأن الكيمياء وتكنولوجيا النانو تعتمدان على فهم الأنظمة الكمومية ، ومن المستحيل محاكاة هذه الأنظمة بطريقة فعالة بشكل كلاسيكي ، يعتقد الكثيرون أن المحاكاة الكمية ستكون أحد أهم تطبيقات الحوسبة الكمومية
التعلم الالي: نظرًا لأن أجهزة الكمبيوتر الكمومية يمكن أن تنتج مخرجات لا تستطيع أجهزة الكمبيوتر الكلاسيكية إنتاجها بكفاءة ، وبما أن الحساب الكمي هو في الأساس جبر خطي ، فإن البعض يعرب عن أمله في تطوير خوارزميات كمومية يمكنها تسريع مهام التعلم الآلي
علم الأحياء الحسابي: في مجال علم الأحياء الحسابي ، لعبت الحوسبة دورًا كبيرًا في حل العديد من المشكلات البيولوجية

ولكن هذه التطبيقات والطموحات تواجه بعض التحديات التي لاتزال تسبب تأخيراً في ابحاث وتطبيقات الحوسبة الكمومية :

هناك عدد من التحديات التقنية في بناء كمبيوتر كمي على نطاق واسع. قام الفيزيائي David DiVincenzo بإدراج بعض المتطلبات لجهاز كمبيوتر كمي عملي: