الحوسبة الكمومية تمهد الطريق لجيل جديد من أجهزة الكمبيوتر العملاقة. من المتوقع أن تتفوق أجهزة الكمبيوتر الكمومية هذه على التكنولوجيا الحالية في مجالات مثل النمذجة والخدمات اللوجستية وتحليل الاتجاهات والتشفير والذكاء الاصطناعي.
شرح الحوسبة الكمية
تم تصور فكرة الحوسبة الكمومية لأول مرة في أوائل الثمانينيات من قبل ريتشارد فاينمان ويوري مانين. اعتقد فاينمان ومانين أن الكمبيوتر الكمومي يمكنه محاكاة البيانات بطرق لا يستطيع الكمبيوتر المكتبي القيام بها. لم يكن حتى أواخر التسعينيات من القرن العشرين حيث بنى الباحثون أول أجهزة كمبيوتر كمومية.تستخدم الحوسبة الكمومية ميكانيكا الكم مثل التراكب والتشابك لأداء الحسابات. ميكانيكا الكم هي فرع من الفيزياء التي تدرس أشياء صغيرة للغاية ، معزولة ، أو باردة.
وحدة المعالجة الأولية للحوسبة الكمومية هي البتات الكمومية أو الببتات. يتم إنشاء الكيوبيت في الكمبيوتر الكمومي باستخدام الخواص الميكانيكية الكمومية للذرات المفردة أو الجزيئات دون الذرية أو الدوائر الكهربائية فائقة التوصيل.
Qubits تشبه البتات المستخدمة من قبل أجهزة الكمبيوتر المكتبي في تلك البتات يمكن أن تكون في حالة الكم 1 أو 0. تختلف الكيوبت من حيث أنها يمكن أن تكون أيضًا في تراكب للحالتين 1 و 0 مما يعني أن الكيوبيتات يمكن أن تمثل كلاً من 1 و 0 في نفس الوقت.
عندما تكون البتات في حالة تراكب تتم إضافة حالتين كميتين معًا وتؤدي إلى حالة كَم أخرى. يعني التراكب أن الحسابات المتعددة تتم معالجتها في وقت واحد. لذلك يمكن أن يمثل اثنين من وحدات البت أربعة أرقام في وقت واحد. تقوم أجهزة الكمبيوتر العادية بمعالجة البتات في حالة واحدة فقط من حالتين محتملتين 1 أو 0 وتتم معالجة الحسابات الواحدة تلو الأخرى.
المعالج الكم هو جوهر الكمبيوتر
إنشاء بتات هي مهمة صعبة. تستغرق بيئة مجمدة للحفاظ على qubit لأي طول الوقت. يجب أن يتم تبريد المواد فائقة التوصيل المطلوبة لإنشاء qubit إلى الصفر المطلق (حوالي 272 درجة مئوية). يجب أيضًا حماية البتات من ضوضاء الخلفية لتقليل الأخطاء في الحساب.يشبه الجزء الداخلي من كمبيوتر الكم مثل الثريا الذهب الهوى. وإنها مصنوعة من ذهب حقيقي. إنها ثلاجة مخففة تُستخدم لتبريد رقائق الكم بحيث يتمكن الكمبيوتر من إنشاء تراكبات ووحدات ربط متشابكة دون فقد أي من المعلومات.
لغة برمجة الحوسبة الكمومية
توفر خوارزميات الكم القدرة على تحليل البيانات وتقديم عمليات المحاكاة على أساس البيانات. تتم كتابة هذه الخوارزميات بلغة برمجة تركز على الكم. وقد تم تطوير عدة لغات الكم من قبل الباحثين وشركات التكنولوجيا.هذه بعض لغات البرمجة الحاسوبية الكمومية:
- QISKit: مجموعة برامج معلومات الكم من IBM عبارة عن مكتبة كاملة المكدس لكتابة برامج الكم ومحاكاةها وتشغيلها.
- Q#: لغة البرمجة المضمنة في Microsoft Quantum Development Kit. تتضمن مجموعة التطوير محاكي الكم ومكتبات الخوارزمية.
- Cirq: هي اللغة الكمومية التي طورتها Google والتي تستخدم مكتبة بيثون لكتابة الدوائر وتشغيل هذه الدوائر في أجهزة الكمبيوتر الكم والمحاكاة.
- Forest: بيئة مطور تم إنشاؤها بواسطة Rigetti Computing تستخدم لكتابة وتشغيل البرامج الكمومية.
إستخدامات الحوسبة الكمومية
أصبحت أجهزة الكمبيوتر الكمومية الحقيقية متوفرة في السنوات القليلة الماضية وفقط عدد قليل من شركات التكنولوجيا الكبيرة لديها كمبيوتر كمومي. تشمل بعض شركات التكنولوجيا هذه Google و IBM و Intel و Microsoft. يعمل قادة التكنولوجيا هؤلاء مع الشركات المصنعة وشركات الخدمات المالية وشركات التكنولوجيا الحيوية لحل العديد من المشكلات.يوفر توفر خدمات الكمبيوتر الكمومية والتقدم في مجال الحوسبة للباحثين والعلماء أدوات جديدة لإيجاد حلول للمشاكل التي كان من المستحيل حلها في السابق. لقد أدت الحوسبة الكمية إلى تقليل مقدار الوقت والموارد اللازمة لتحليل كميات لا تصدق من البيانات وإنشاء عمليات محاكاة حول تلك البيانات وتطوير الحلول وإنشاء تقنيات جديدة لإصلاح المشكلات.
يستخدم قطاع الأعمال والحوسبة الكمومية لاستكشاف طرق جديدة لممارسة الأعمال التجارية. فيما يلي بعض من مشاريع الحوسبة الكمومية التي قد تفيد الأعمال والمجتمع:
- تستخدم صناعة الطيران والفضاء الحوسبة الكمومية لاستكشاف طريقة أفضل لإدارة الحركة الجوية.
- تأمل الشركات المالية والاستثمارية في استخدام الحوسبة الكمومية لتحليل مخاطر وعوائد الاستثمارات المالية وتحسين استراتيجيات المحفظة وتسوية التحولات المالية.
- يعتمد المصنعون الحوسبة الكمومية لتحسين سلاسل التوريد الخاصة بهم وخلق كفاءات في عمليات التصنيع الخاصة بهم وتطوير منتجات جديدة.
هل يمكن تجربة الحوسبة الكمومية؟
هل هذا يعني أنه سيكون لديك جهاز كمبيوتر الكم قريبا؟ يبحث بعض علماء الكمبيوتر في إمكانية محاكاة الحوسبة الكمومية على جهاز الكمبيوتر المكتبي.أثناء انتظار الكمبيوتر الكمومي هناك العديد من الفرص لتجربة أجهزة الكم والمحاكاة. تقدم العديد من أكبر شركات التكنولوجيا في العالم خدمات كمومية. عندما تقترن هذه الخدمات الكمومية بأجهزة الكمبيوتر فإنها تخلق بيئة تستخدم فيها المعالجة الكمومية مع أجهزة الكمبيوتر المكتبية لحل المشكلات المعقدة.
- توفر IBM بيئة IBM Q مع إمكانية الوصول إلى العديد من أجهزة الكمبيوتر الكم والمحاكاة الحقيقية التي يمكنك استخدامها من خلال السحابة.
- يقدم Alibaba Cloud منصة سحابية للحوسبة الكمومية حيث يمكنك تشغيل واختبار أكواد الكم المدمجة حسب الطلب.
- تقدم Microsoft مجموعة أدوات تطوير الكم التي تتضمن لغة البرمجة Q# ومحاكاة الكم ومكتبات التطوير ذات الشفرة الجاهزة للاستخدام.
- Rigetti لديه منصة سحابة الكم الأولى التي هي حاليا في مرحلة تجريبية. تم تكوين النظام الأساسي الخاص بهم مسبقًا بواسطة مجموعة تفرعات SDK الخاصة بهم.
أخبار الحوسبة الكمية في المستقبل
يتمثل الحلم في أن أجهزة الكمبيوتر الكمومية ستمنحنا القدرة على حل المشكلات التي كان يُعتقد في السابق أنها كبيرة جدًا ومعقدة للغاية. الأمل هو أن هذه التكنولوجيا سوف تساعدنا على فهم البيئة وإيجاد علاجات للأمراض المستعصية.لا تملك أجهزة الكمبيوتر المكتبية مساحة لتشغيل هذه الأنواع من الحسابات المعقدة وإجراء هذا الكم الهائل من تحليل البيانات. تأخذ الحوسبة الكمومية أكبر مجموعة من البيانات الضخمة العملاقة وتعالجها في جزء صغير من وقت الكمبيوتر المكتبي. تستغرق البيانات التي تستغرق على الكمبيوتر المكتبي عدة سنوات للمعالجة والتحليل بضعة أيام فقط بالنسبة للكمبيوتر الكمومي.
لا تزال الحوسبة الكمومية في مهدها لكن لديها القدرة على حل أكثر مشكلات العالم تعقيدًا بسرعة الضوء. إنه تخمين من أحد بشأن مدى نمو الحوسبة الكمومية وتوافر أجهزة الكمبيوتر الكمومية.
إقرأ أيضاً: هل التكنولوجيا مهمة في التعليم؟