الحوسبة الكمية أو الكمومية، هي تقنية ناشئة بسرعة، تستعين بقوانين “ميكانيكا الكم” أو طبيعة “الأجسام الذرية وتحت الذرية” لحل مشاكل معقدة للغاية بالنسبة لأجهزة الكمبيوتر الكلاسيكية.
إنها أداة بدأ العلماء في تخيلها منذ ثلاثة عقود فقط، أصبحت الآن متاحة اليوم لآلاف المطورين، لكنها تختلف كثيرًا عن التكنولوجيا القديمة للكمبيوتر.
لماذا نحتاج حواسيب كمية؟
بالنسبة لبعض المشكلات التي لا يستطيع البشر حلها، فإن أجهزة الكمبيوتر الكلاسيكية ليست مُجدية، مهما كانت عملاقة مُفرطة القوة.
تخيل أكبر كمبيوتر قد تراه، فعندما يواجه العلماء والمهندسون مشاكل صعبة، أي حسابات بالغة الدقة، ومسائل شديدة التعقيد، فإنهم يلجأون إلى أجهزة الكمبيوتر العملاقة، لكنها تظل مجرد أجهزة كمبيوتر كلاسيكية كبيرة جدًا، وغالبًا ما تحتوي على الآلاف من أنوية وحدة المعالجة المركزية ووحدة معالجة الرسومات الكلاسيكية.
إذا تعثر الكمبيوتر العملاق، فربما يكون ذلك بسبب مطالبة الآلة الكلاسيكية الكبيرة بحل مشكلة بدرجة عالية من التعقيد، لأنها تحتوي الكثير من المتغيرات التي تتفاعل بطرق معقدة، فالكمبيوتر في النهاية لا يعرف إلا لغة الصفر والواحد، أي أنه يتعامل مع “متغيرات” عديدة بين القيمة الموجبة “صفر” والسالبة “واحد” ليحل المشكلات ويرسم والرسومات، وبقية مهام الكمبيوتر المعروفة.
الآن تخيل أنك بحاجة لدراسة سلوك الذرات الفردية في جزيء المادة، وتفاعلات جميع الإلكترونات المختلفة مع بعضها البعض، إذن أنت أمام مشكلة مُعقدة، لن يستطيع حلها جهازك الكلاسيكي مهما كان حجمه، وربما يستغرق في محاولاته آلاف الساعات، هنا أنت بحاجة إلى أجهزة أسرع، أي الكمبيوتر الكمي.
إنها أسرع
لنضرب مثالاً آخر يتعلق بعلم الأحياء هذه المرة، فالكمبيوتر العملاق قد يكون رائعًا في المهام الصعبة مثل الفرز من خلال قاعدة بيانات كبيرة لتسلسل البروتين، لكن نفس الكمبيوتر العملاق سيواجه صعوبة في رؤية الأنماط الدقيقة في تلك البيانات التي تحدد كيف تتصرف هذه البروتينات.
البروتينات عبارة عن سلاسل طويلة من الأحماض الأمينية وتنثني إلى أشكال معقدة، ويُعد اكتشاف كيفية طي البروتينات مشكلة لها آثار مهمة على علم الأحياء والطب.
ربما يحاول حاسوب عملاق كلاسيكي أن يطوي بروتينًا بقوة كبيرة، مستفيدًا من معالجاته العديدة لفحص كل طريقة ممكنة لثني السلسلة الكيميائية قبل الوصول إلى إجابة، ولكن مع زيادة طول تسلسل البروتين وشدة تعقيده، تتوقف أجهزة الكمبيوتر العملاقة، لأن سلسلة من 100 حمض أميني فقط قد تنثني نظريًا بأي طريقة من عدة تريليونات من الطرق، لا يوجد جهاز كمبيوتر لديه ذاكرة عاملة للتعامل مع جميع التركيبات الممكنة للطيات الفردية.
تتخذ الخوارزميات الكمية طريقة جديدة لهذه الأنواع من المشاكل المعقدة، بإنشاء مساحات متعددة الأبعاد، حيث تظهر الأنماط التي تربط نقاط البيانات الفردية، في حالة مشكلة طي البروتين، قد يكون هذا النمط عبارة عن مزيج من الطيات التي تتطلب أقل طاقة لإنتاجها، فهذا المزيج من الطيات هو حل المشكلة.
لا تستطيع أجهزة الكمبيوتر الكلاسيكية إنشاء هذه المساحات الحسابية، لذلك لا يمكنها العثور على هذه الأنماط، وفي حالة البروتينات، توجد بالفعل خوارزميات كمية مبكرة يمكنها إيجاد أنماط قابلة للطي بطرق جديدة تمامًا وأكثر فاعلية، دون إجراءات الفحص الشاقة لأجهزة الكمبيوتر الكلاسيكية، ومع تقدم الأجهزة الكمية وتطور هذه الخوارزميات، يمكنها معالجة مشاكل طي البروتين المعقدة للغاية بالنسبة لأي كمبيوتر عملاق.
كيف تعمل الحواسيب الكمية؟
أجهزة الكمبيوتر الكمية هي آلات أنيقة، أصغر حجمًا، وتتطلب طاقة أقل من أجهزة الكمبيوتر العملاقة، فمعالج IBM الكمي مثلاً هو رقاقة ليست أكبر بكثير من تلك الموجودة في الكمبيوتر المحمول، ويقارب نظام الأجهزة الكمية حجم السيارة، ويتكون في الغالب من أنظمة التبريد للحفاظ على المعالج فائق التوصيل في درجة حرارة التشغيل شديدة البرودة.
يستخدم المعالج الكلاسيكي وحدات “البِتات bits” لأداء عملياته، بينما يستخدم الكمبيوتر الكمي الكيوبتات (CUE-bits) لتشغيل خوارزميات كمية متعددة الأبعاد، أي أنها تعمل على مستوى تحت ذري، فلا يكون للكمبيوتر متغيرات بين الصفر والواحد، بل هي تعمل على الصفر والوحد في الوقت نفسه!
في تعريف شركة microsoft للمبدأ الكمي، جاءت الأساسيات كالتالي:
ما هو الكم؟
الكم هو أصغر وحدة منفصلة ممكنة لأي خاصية فيزيائية، يشير عادةً إلى خصائص الجسيمات الذرية أو دون الذرية، مثل الإلكترونات والنيوترينوات والفوتونات.
ما هو الكيوبت؟
الكيوبت هي الوحدة الأساسية للمعلومات في الحوسبة الكمية، تلعب دورًا مشابهًا لما تلعبه البِتات في الحوسبة الكلاسيكية، لكنها تتصرف بشكل مختلف تمامًا، البتات الكلاسيكية هي ثنائية ويمكن أن تشغل موضعًا من 0 أو 1 فقط، ولكن يمكن للكيوبتات أن تحمل تراكبًا لجميع الحالات الممكنة (الصفر والواحد معًا).
ما هي الحوسبة الكمية؟
تستخدم أجهزة الكمبيوتر الكمية السلوك الفريد لفيزياء الكم – مثل التراكب والتشابك والتداخل الكمية – وتطبقه على الحوسبة، هذا يقدم مفاهيم جديدة لأساليب البرمجة التقليدية.
ما هو الذكاء الاصطناعي وما الأساطير المحيطة به؟
تصيب الأطفال بين سن 5 و10 سنوات.. ما هي متلازمة توريت؟
بعد قطع ألبانيا علاقاتها مع إيران.. ماذا يعني طرد الدبلوماسيين؟
