ما هو الكمبيوتر الكمومي وكيف يعمل؟

لقد سمعنا جميعًا كلمات الكمبيوتر الكمومي في وقت ما ، ولكن قلة قليلة بشكل عام تعرف ما هي بالفعل. بالنسبة للكثيرين ، فإن أول ما يتبادر إلى الذهن هو جهاز كمبيوتر شخصي قوي للغاية ، وقادر على أداء أي مهمة ولكن بأقصى سرعة ، ولكن إنه ليس جهاز كمبيوتر بسيطًا فائق القوة، إنها أكثر من ذلك بكثير.

رغم أن هذه آلات بعيدة تمامًا عن متناول عامة الناس، فإنها تولد الكثير من الفضول. في هذه المقالة ، نشرح ماهية الكمبيوتر الكمومي وما الذي يستخدم بشكل عام وما هي الظواهر الكمومية التي تستند إليها قوته.

ما هو الحاسوب الكمي؟

أجهزة الكمبيوتر الكمومية هي آلات ضخمة تستفيد من بعض ظواهر ميكانيكا الكم لتحقيق زيادات كبيرة في قوة المعالجة. أجهزة الكمبيوتر الكمومية قادرة على ترك أي كمبيوتر مكتبي فائق تقليدي للخدش. شيء يشار إليه غالبًا باسم التفوق الكمي.

هل هذا يعني أننا سننتهي جميعًا بامتلاك جهاز كمبيوتر كمي في المنزل لتصفح الإنترنت أو لعب ألعاب الفيديو؟ بالطبع لا. ستستمر الآلات الكلاسيكية في كونها الحل المعتاد لحل مشاكلنا وأيضًا لنبني على أوقات فراغنا التفاعلية. أيضا الأكثر اقتصادا.

تعد أجهزة الكمبيوتر الكمومية بأن تكون دفعة لمختلف مجالات التقدم التكنولوجي ، مثل العلوم أو الطب أو علم الوراثة. بدأت بعض الشركات بالفعل في استخدامها لتطوير منتجاتها الجديدة، كما يمكن أن تكون مواد جديدة أخف وزنا وأكثر متانة لتحل محل الوقود الحراري تمامًا.

كيف يعمل الكمبيوتر الكمومي؟

هذه الآلات لا يعتمدون في قوتهم على الأجهزة التقليدية، مثل ذلك الذي يمكن أن نجده في أجهزة الكمبيوتر المنزلية ، لا يتعلق الأمر ببطاقات الرسومات والمعالجات واسعة النطاق ، بل هو أكثر من ذلك بكثير ، من حيث الكمية والتعقيد. يكمن سر قوة الكمبيوتر الكمومي في قدرته على توليد ومعالجة البتات الكمومية أو كيوبت.

ما هو كيبيت؟

تستخدم أجهزة الكمبيوتر التقليدية وحدات بت ، ميغا بايت ، جيجابت…. تيار من النبضات الكهربائية أو الضوئية تمثل الآحاد والأصفار. يعد العالم الافتراضي بأكمله من بريد إلكتروني أو موقع ويب أو فيلم نراه عبر الإنترنت ضروريًا لسلسلة طويلة من الأصفار والآحاد.

تستخدم أجهزة الكمبيوتر الكمومية الكيوبتات ، والجسيمات دون الذرية مثل الإلكترونات أو الفوتونات. نهج بعض الشركات مثل تعتمد Google على دوائر فائقة التوصيل مبردة إلى درجات حرارة أقل من الفضاء السحيق. يحبس آخرون الذرات الفردية في المجالات الكهرومغناطيسية على شريحة سيليكون ، في غرفة مفرغة. في كلتا الحالتين ، الهدف هو عزل الكيوبتات إلى حالة كمية مضبوطة.

تحتوي Qubits على بعض الخصائص الغريبة ، والتي تجعل مجموعة منها قادرة على إعطاء قوة معالجة أكبر بكثير من نفس العدد من البتات الثنائية. أهمها يسمى التراكب والتشابك الكمومي.

ما هو التراكب الكمومي؟

يحدث التراكب الكمي في الطبيعة ، عندما يمتلك الجسيم الأولي حالتين أو أكثر في وقت واحد ، كما يحدث مع الفوتونات ، والتي يمكنهم البقاء في مكانين مختلفين في نفس الوقت ، شيء لا يمكن تصوره في العالم المادي العادي.

لوحظت هذه الخاصية أيضًا في جسيمات أخرى مثل الإلكترونات أو النيوترونات ، في الذرات أو حتى في الجزيئات الصغيرة. دفعت هذه الرحلة العلماء إلى التساؤل عن مكان الحد الفاصل بين العالم الكمي وما نسميه العالم الحقيقي ، عندما يتوقف الجسيم عن كونه كميًا ويخضع لقوانين فيزيائية معروفة.

بفضل هذه الظاهرة ، يمكن لجهاز كمبيوتر كمي به عدة كيوبتات متداخلة الوصول إلى عدد كبير من النتائج المحتملة في وقت واحد.

تشابك الكم

يمكنك إنشاء أزواج من الكيوبتات "المتشابكة" ، حيث يوجد كلاهما في نفس الحالة الكمية. قم بتغيير حالة إحدى وحدات البت سوف يغير حالة بعضكما البعض على الفور بطريقة يمكن التنبؤ بها ، وهذا يحدث حتى لو كنت بعيدًا.

من غير المعروف على وجه اليقين كيف ولماذا يعمل التشابك الكمومي بالفعل. شيء كان قادرًا على إرباك ألبرت أينشتاين نفسه ، والذي قد يصفه بأنه "عمل مرعب عن بعد". التشابك أمر حيوي لأجهزة الكمبيوتر الكمومية لاكتساب قوتها العظمى. في الكمبيوتر التقليدي ، تضاعف مضاعفة عدد البتات قوتها في المعالجة. في حالة الكمبيوتر الكمومي ، تؤدي إضافة كيوبتات إضافية إلى زيادة هائلة في قدرتها.

تستفيد هذه الآلات من الكيوبتات المتشابكة في نوع من سلسلة الأقحوان الكمومية لإجراء العمليات. إن قدرة الآلات على تسريع العمليات الحسابية باستخدام خوارزميات كمومية مصممة خصيصًا هي السبب في أنها تولد الكثير من الإثارة.

بيرو ليس كل شيء استثنائيًا عندما يتعلق الأمر بأجهزة الكمبيوتر الكمومية ، لأنها معرضة جدًا للأخطاء، بسبب التناقض الحسابي.

تناقض

هذه ظاهرة تؤدي إلى انحلال السلوك الكمومي واختفاءه أخيرًا بسبب تفاعل الكيوبتات مع بيئتها ، نظرًا لأن حالتها الكمومية هشة للغاية. يمكن أن يتسبب الاهتزاز الطفيف أو التغيير في درجة الحرارة في خروجها من التداخل قبل اكتمال المهمة. لهذا السبب ، عادةً ما يتم تخزين الكيوبتات في الثلاجات وغرف التفريغ بدرجة حرارة منخفضة جدًا.

كمبيوتر جوجل الكمي

لم ترغب Google في التخلف عن الركب عندما يتعلق الأمر بالتكنولوجيا الكمية ، عملاق أمريكا الشمالية طور حاسوبًا كميًا قادرًا على إجراء عملية حسابية في 200 ثانية ، وهو ما كان سيستغرق عشرة آلاف عام في أجهزة الكمبيوتر العملاقة التقليدية. لهذا السبب تعلن أن أجهزة الكمبيوتر الكمومية هي المستقبل القريب. على الرغم من أن منافستها IBM لا تنتهي بالموافقة.

أظهر باحثون محايدون أن كمبيوتر Google الكمي كان عليه إجراء حساب عشوائي للأرقام لا يمكن أن يكون ناجحًا إلا إذا كانت جميع مكونات الكمبيوتر تعمل في وئام تام.

لا تخطط Google للتخلف عن الركب في هذا السباق ، وبالتالي فهي تعد باستثمار المزيد من رأس المال في هذه التكنولوجيا. في حالة Google ، يمكننا تخمين أن هذا سيكون هو الحال ، على الرغم من أن IMB لا تنوي البقاء مكتوفة الأيدي نظرًا لأن معظم مواردها يتم تخصيصها حاليًا لتحسين هذه التكنولوجيا. سيحدد الوقت ما إذا كانت Google قادرة على تطوير التفوق الكمي من تلقاء نفسها أم أنها ستحتاج إلى الانضمام إلى منافستها.

إنها تقنية يمكن أن يفيدنا جميعًا في تطوير أدوية قادرة على علاج الأمراض غير قابل للشفاء حتى الآن.