في الوقت المُعاصر ، تتطورت أجهزة الكمبيوتر القياسية بلا شك مقارنةً بما كان مُتاحًا قبل بضعة عقود. ومع ذلك ، مع السرعة والتنوع الذي تشهده أجهزة الكمبيوتر الآن ، فمن الصعب تخيل أي شيء يُمكن أن يكون أفضل. عليك التعرف على الحوسبة الكمومية. يهدف هذا المجال العلمي إلى استخدام قوانين الكون لتحقيق أهداف لا تُصدق.
أحدث مفهوم فيزياء الكم ثورةً في العلم ، حيث تقول أنَّ قوانين الفيزياء الكلاسيكية لا تحكم كل الكون ، وقد تُخطئ في بعض الحالات، وذلك حين تبلغ الجسيمات أحجامًا متناهيةً في الصغر ، ولكن ماذا لو تم الاعتماد على فيزياء الكم في عالم أجهزة الكمبيوتر؟، سينتج حينها ما نسميه الحوسبة الكمومية.
إذن ، ما هي الحوسبة الكمومية بالضبط ، وكيف ستؤثر على عالمنا في المستقبل؟ تحقق من كيف تختار شهادة تكنولوجيا المعلومات الصحيحة ولا تندم عليها.
ما هي الحوسبة الكمومية؟
على الرغم من أنَّ 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 الأشخاص من بعده في تطوير نظرية وتطبيق الحوسبة الكمومية ، بما في ذلك إسحاق تشوانغ ونيل جيرشينفيلد.
يختلف تعريف الحوسبة الكمومية اختلافًا طفيفًا اعتمادًا على المكان الذي تزوره. أبسط أشكالها هو نوع من الحوسبة التي تعتمد على ميكانيكا الكم في العمل. في حين أنَّ أجهزة الكمبيوتر الكمومية كانت مجرد نظرية على الورق ، إلا أنها تنبض بالحياة الآن.
يمكن القول بأنَّ الحوسبة الكمومية نموذج حوسبي نظري يتم من خلاله معالجة البيانات وعمليات الحوسبة من خلال قوانين الكم ، فوحدة البيانات الأساسية التي تستخدم في الحوسبة التقليدية ، والتي تُسمى البت تم استبدالها بوحدة بياناتٍ أخرى تدعى البت الكمومي (qubit) الذي يستند إلى الذرات والتراكيب الجزيئية مُتناهية الدقة.
إذن ، ما نوع أجهزة الكمبيوتر الكمومية التي نتعامل معها اليوم؟
لا تزال الحوسبة الكمومية قيد التطوير. إنه مجال مُعقَّد بشكل لا يصدق وقد أفسح المجال للعديد من النماذج الأولية ، مثل حاسوب Google الكمي Sycamore. في عام 2019 ، أعلنت Google أنَّ Sycamore استغرق دقائق لحل عملية حسابية قد تستغرق 10000 عام لحلها باستخدام الكمبيوتر العملاق. لكن ما هو الاختلاف في أجهزة الكمبيوتر الكمومية؟ كيف يُمكنها القيام بمثل هذه المعالجة الضخمة؟
أساسيات الحوسبة الكمومية
يستخدم الكمبيوتر النموذجي وحدات تعرف بالبتات لتعمل. يمكن أن يكون للبت واحد أن يُعطي واحدةً من قيمتين: ما 0 أو 1 ولذلك يُسمى الثنائية . تُستخدم هذه البتات لكتابة رمز ثنائي ، وهو عنصر أساسي مُطلق في عالم الحوسبة.
من ناحية أخرى ، فإن الشيء المعروف باسم البت الكمومي (qubit) هو الوحدة الأساسية لأجهزة الكمبيوتر الكمومية. هذه هي الوحدات التي تحتاجها لتخزين البيانات وتنفيذ الوظائف. يُمكن للبت الكمومي أن يحمل المعلومات في حالة كمية ويمكن أن يتولد بعدة طرق ، مثل دوران الإلكترون.
يمكن أن تتخذ البتات الكمومية أي عدد من الأشكال ، مثل الفوتون أو الأيونات المحاصرة. هذه جسيمات صغيرة متناهية الصغر تُشكل أساس الكون الذي نعيش عليه.
البت الكمومي سيعطي عدة قيم هي إما 0 أو 1 أو التراكب بين 0 و 1 ، وهذا يعني أن الكومبيوتر الكمومي لن يعتمد أسلوبًا مُحددًا في عمله وستكون هناك نتائجُ وحلولٌ عديدةٌ لكل حالةٍ ، وهذه القيم الجديدة الناتجة عن التراكب بين 0 و 1 ستكون مُبهمةً بالنسبة لأجهزة الكمبيوتر التقليدية.
البت الكمومي لديه الكثير من الإمكانات. يتم استخدامه حاليًا في أجهزة الكمبيوتر الكمومية لحل خوارزميات الكم مُتعددة الأبعاد وتشغيل النماذج الكمومية. الأمر المذهل بشأن البتات الكمومية هو أنها يُمكن أن توجد في حالات متعددة في وقت واحد. هذا يعني أنه يمكن أن يكونا صفرًا أو واحدًا أو أي شيء بينهما في نفس الوقت.
يمكن للبتات الكمومية أن تُمثل مجموعةً كبيرةً من القيم الناتجة عن الدمج بين القيمتين 0 و 1 ، ونسمي هذه القدرة على الإيجاد في حالات مختلفة في وقتٍ واحد بالتراكب. يُعالج الباحثون في مجال الحوسبة الكمومية هذه القيم المتراكبة باستخدام أشعة الليزر الدقيقة أو حزم الموجات الدقيقة ، وبفضل هذه العملية يمكن للكومبيوتر الكمومي معالجة عددٍ كبيرٍ من العمليات في وقتٍ واحدٍ.
تظهر النتيجة النهائية بعد قياس جميع البتات الكمومية ، وإنَّ القيم المتراكبة في النهاية ستنهار حالتها الكمومية أو تنهدم لتكون إما 0 أو1.
بسبب هذه الخاصية ، يُمكن للبتات الكمومية النظر في احتمالات مُتعددة في وقت واحد ، مما يمنح أجهزة الكمبيوتر الكمومية القدرة على إجراء العمليات الحسابية قبل أن تُصبح حالة الكائن قابلة للقياس. يسمح هذا للكمبيوتر الكمومي بحل المشكلات المُعقَّدة بشكل أسرع بكثير من أجهزة الكمبيوتر العادية. تحقق من الأسباب التي تجعل الكمبيوتر المكتبي دائمًا أفضل من الكمبيوتر المحمول.
إيجابيات أجهزة الكمبيوتر الكمومية
أكبر ميزة لأجهزة الكمبيوتر الكمومية هي السرعة التي يُمكنها بها إجراء العمليات الحسابية. يُمكن أن توفر هذه التقنية سرعات حوسبة لن تتمكن أجهزة الكمبيوتر التقليدية من تحقيقها مهما بلغت من تطور. تعد أجهزة الكمبيوتر الكمومية أيضًا أكثر قدرة على حل مشكلات أكثر تعقيدًا من أجهزة الكمبيوتر العادية ويُمكنها تشغيل عمليات محاكاة مُعقَّدة للغاية.
يشار أحيانًا إلى هذه القدرة المتقدمة التي تؤويها أجهزة الكمبيوتر الكمومية باسم “التفوق الكمي” ، لأنها تمتلك إمكانات تتجاوز بكثير ما يمكن أن تحققه أجهزة الكمبيوتر ، أو حتى أجهزة الكمبيوتر العملاقة المُتقدمة ، في السنوات أو العقود القليلة القادمة. لكن أجهزة الكمبيوتر الكمومية ليست مثالية بأي حال من الأحوال. تأتي هذه الأجهزة 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 الأجهزة في درجات حرارة تبلغ حوالي 232 °C هذا يجعل من الصعب على معظم الشركات والجمهور الوصول إلى أجهزة الكمبيوتر الكمومية. علاوة على ذلك ، تُعد أجهزة الكمبيوتر الكمومية كبيرة جدًا مقارنة بالنماذج القياسية الحالية ، على غرار حجم الكمبيوتر الأول. في حين أنَّ هذا من المرجح أن يتغير في المستقبل ، فإنه سيسهم في عدم إمكانية الوصول إلى هذه التكنولوجيا للأشخاص العاديين في المراحل الأولى من التطور.
لا تزال أجهزة الكمبيوتر الكمومية تتعامل أيضًا مع مُعدلات أخطاء عالية جدًا. للاندماج الناجح في مختلف الصناعات ، نحتاج إلى التأكد من أنَّ هذه الأجهزة تُوفر معدل نجاح مُرتفعًا بحيث يُمكن 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 المُبكرة ، يتم طرح العديد من الأفكار حول ما يمكن أن تفعله ذات يوم. هناك الكثير من المفاهيم الخاطئة حول أجهزة الكمبيوتر الكمومية ، والتي ترجع إلى سوء فهم التكنولوجيا. يقترح بعض الأشخاص أنَّ أجهزة الكمبيوتر الكمومية ستُستخدم لدخول أكوان مُتوازية أو حتى لمحاكاة السفر عبر الزمن.
بينما لا يمكن استبعاد هذه الاحتمالات تمامًا ، يجب علينا التركيز على التطبيقات الأكثر واقعية للحوسبة الكمومية التي يُمكن 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 ولكنها تزداد 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.
يُمكن للحوسبة الكمية أن تجلب السرعة والكفاءة للمشاكل المُعقَّدة في التعلم الآلي ، فالمصانع الكبيرة مثلًا ، والتي تهدف إلى زيادة الإنتاج إلى الحد الأقصى تتطلب تحسين كل عملية تجري ضمنها بشكل فردي ، وكذلك جميع المُكوِّنات المشاركة.
حيث يُمكن لأجهزة الكمبيوتر الكمومية المُساعدة في تقديم رؤى تحسين للإخراج المبسط ، وتقليل النفايات وخفض التكاليف في آنٍ معًا.
2. الأمن السيبراني
مع زيادة تطور تقنيات مجرمي الإنترنت ، تزداد حاجتنا إلى مستويات عالية من الأمن السيبراني. اليوم ، أصبحت الجرائم الإلكترونية شائعة بشكل مُثير للقلق ، حيث يتم استهداف آلاف الأشخاص شهريًا.
باستخدام الحوسبة الكمومية ، قد نتمكن يومًا ما من تطوير بروتوكولات عالية الجودة للأمن السيبراني بسهولة أكبر يُمكنها معالجة حتى أكثر الهجمات تعقيدًا.
تمتلك الحوسبة الكمومية أيضًا القدرة على تقديم يد المساعدة في تحسين منهجية التشفير ، وتحديداً في مجال يُعرف باسم التشفير الكمومي. والذي يستكشف فعل الاستفادة من ميكانيكا الكم لتنفيذ وظائف التشفير.
3. تطوير الأدوية
إنَّ 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 مُعينة 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. تحقق من نصائح العافية لتحسين صحتك كعامل مُستقل.
الاهتمامات المُحيطة بالحوسبة الكمومية
عندما يتطور نوع جديد من التكنولوجيا ، من الطبيعي أن يشعر الأشخاص ببعض القلق. لذا ، هل يجب أن تكون الحوسبة الكمومية مصدر قلق لنا؟
كان هناك الكثير من الحديث عن مخاطر الأمن السيبراني التي تُشكلها أجهزة الكمبيوتر الكمومية. على الرغم من أنَّ أجهزة الكمبيوتر الكمومية يُمكن أن تساعد في تحقيق مستويات أعلى من الأمن الرقمي ، إلا أنَّ الأمور قد تسير في الاتجاه الآخر. في حين أن هذا التهديد افتراضي في الوقت الحالي ، إلا أن هناك احتمالًا أن يتطور إلى مشكلة في السنوات القادمة ، لا سيما عندما تصبح أجهزة الكمبيوتر الكمومية في متناول عدد أكبر من السكان. تُقدم بعض الشركات بالفعل خدمات VPN “واقية من الكم” تحسبًا.
نظرًا لأن أجهزة الكمبيوتر الكمومية يمكن أن تحل مشاكل مُعقَّدة للغاية ، تزداد احتمالية تكسير كلمات المرور وفك تشفير البيانات بشكل أكثر فعالية. بينما تكافح أجهزة الكمبيوتر العملاقة للعثور على مفاتيح لفك التشفير ، فقد يكون لدى أجهزة الكمبيوتر الكمومية يومًا ما القدرة على فك تشفير البيانات الحساسة بسهولة ، وهو ما سيُمثل أخبارًا جيدة جدًا للجهات الخبيثة. تحقق من ما هي البرمجيات الخبيثة متعددة الأشكال والمتحولة ؟
ستدفعنا الحوسبة الكمومية إلى المُستقبل
الإمكانيات التي توفرها الحوسبة الكمومية لا تقل عن كونها لا تصدق وستكون قابلة للتحقيق في يوم من الأيام. على الرغم من أنَّ الحوسبة الكمومية لا تزال في مراحلها الأولى ، إلا أنَّ التطورات المُستمرة في هذا المجال قد تقودنا إلى إنجازات تقنية ضخمة. فقط الوقت سيُخبرنا بهذا! يُمكنك الإطلاع الآن على بعض الإستخدامات العملية والواقعية لنظام Linux.
