الحوسبة الكمومية - المستقبل الأسرع للحوسبة

أصبحت أجهزة الكمبيوتر جزءًا مهمًا من حياتنا في السنوات الأخيرة ؛ في أي قطاع ، سواء كان تعليمًا أو عرضًا لعلوم الفضاء ، يتم استخدام أجهزة الكمبيوتر في كل مكان ، ومن المستحيل إجراء أي عمل في الوقت الحاضر بدونها. لذلك ، منذ اختراع أجهزة الكمبيوتر ، تقلص حجمها وتزايدت سعتها. على سبيل المثال ، ربما لاحظت أن الشريحة في هاتفك الذكي ، والتي كانت 1 غيغابايت في عام 2010 ، أصبحت الآن بحجم 1 تيرابايت. نتيجة لذلك ، يمكنك أن ترى مدى سرعة تطور التكنولوجيا.
على الرغم من حقيقة أن أجهزة الكمبيوتر أصبحت أكثر قوة بمرور الوقت ، إلا أن أجهزة الكمبيوتر التي تستخدمها اليوم لا تزال تخضع لبعض القيود ، مثل استهلاك الطاقة. هذا يفتح الأبواب أمام طرق جديدة للحوسبة ليتم تقديمها.

ما هي الحوسبة الكمومية

الحوسبة الكمومية هي نوع من الحوسبة التي تستخدم الظواهر الكمومية مثل التراكب والتشابك للقيام بالحسابات. نظرًا لقدرته على الاستعلام بسهولة عن البيانات من أي مصدر ومراقبتها وتحليلها والعمل وفقًا لها ، فإن هذا الاتجاه التكنولوجي الرائع يشارك أيضًا في تجنب انتشار فيروس كورونا وتطوير لقاحات قابلة للتطبيق. البنوك والتمويل هي صناعة أخرى يتم فيها استخدام الحوسبة الكمية للتحكم في مخاطر الائتمان ، والتداول عالي التردد ، واكتشاف الاحتيال.

الكمبيوتر الكمومي - نهج مختلف للأصفار والواحد

في الكمبيوتر المحمول أو الكمبيوتر الحالي ، يتم استخدام 'bit' للحساب ، حيث يتم تخزين البيانات في شكل صفر وأرقام ثنائية أو أرقام ثنائية باستخدام لغة الآلة (تتم كتابة لغة الآلة في رمز ثنائي ، والذي يتكون من رقمين فقط 0 و 1 لأن الكمبيوتر لا يفهم إلا الإشارة الثنائية ، أي 0 و 1 ودائرة الكمبيوتر ، أي الدائرة في رمز ثنائي لأن الكمبيوتر يفهم فقط الإشارة الثنائية ، أي 0 و 1 والدائرة في الكود الثنائي لأنه يتعرف عليها ويحولها إلى النبضات الكهربائية ، مع 0 يشير إلى إيقاف تشغيل و 1 يشير إلى تشغيل.
يتم إنشاء أي برنامج للكمبيوتر ، ثم يتم تحويله إلى لغة الآلة ، وعندما يقوم المعالج بتلوين أي برنامج ، فإنه يستخدم لغة الجهاز هذه لتنفيذ جميع العمليات.

الكمبيوتر الكمي: تستند النظرية الأساسية للحوسبة الكمومية إلى الذرة ، وتتضمن الفكرة استخدام الذرة كآلة حاسبة صغيرة لتحديد 0 (صفر) ث و 1 (واحد) ث.

أي ذرة تدور بشكل طبيعي ، وفقًا للفيزياء ، ويمكن أن يكون هذا الدوران إما مغزليًا للأعلى أو للأسفل ، أي لأعلى ولأسفل. إذا نظرنا إلى التكنولوجيا الرقمية ، فسيتم الاحتفاظ بكل شيء في شكل 0 و 1 ، أي أن الدوران التصاعدي للذرة قد يكون 1 ويمكن أن يكون الدوران لأسفل 0 ، ولكن إذا تم اكتشاف الدوران الذري ، فسيكون 0. لذلك يمكن أن يكون في كلا الجانبين العلوي والسفلي في نفس الوقت ، وهذا هو سبب تسميته بـ Qubit لأنه يختلف قليلاً عن جهاز كمبيوتر نموذجي. تختلف البتات الكمية ، والمعروفة أيضًا باسم البتات ، عن البتات من حيث أن المعلومات الموجودة في البتات يمكن أن تتخذ شكل 0 أو 1 ، في حين أن المعلومات الموجودة في الكيوبتات يمكن أن تتخذ شكل 0 أو 1. إما 0 أو 1.

لذا فإن الكمبيوتر الذي يتضمن أساسيات الكم لحساب وحل حساباتنا المعقدة يصبح حاسوبًا كميًا.

تم الإبلاغ عن أن الكمبيوتر الكمومي 40 مكعبًا يتمتع بقدرة حسابية مماثلة لأجهزة الكمبيوتر العملاقة اليوم والقدرة على حساب البيانات بشكل أسرع بكثير من أجهزة الكمبيوتر العملاقة اليوم.

أجهزة الكمبيوتر العملاقة لدينا الآن ليست فائقة بما يكفي لحل مشاكلنا الأخيرة

لقد اعتمدنا على أجهزة الكمبيوتر العملاقة لمعالجة معظم المشكلات حتى الآن. هذه أجهزة كمبيوتر تقليدية قوية للغاية تحتوي على آلاف من أنوية وحدة المعالجة المركزية ووحدة معالجة الرسومات. من ناحية أخرى ، فإن أجهزة الكمبيوتر العملاقة ليست بارعة جدًا في معالجة أنواع معينة من المشكلات التي تبدو بسيطة عند ظهورها لأول مرة. هذا هو السبب في أن أجهزة الكمبيوتر الكمومية مطلوبة.
على سبيل المثال : ضع في اعتبارك السيناريو التالي: أنت بحاجة إلى الجلوس لعشرة أشخاص صعب المراس في حفل عشاء ، وهناك خطة جلوس مثالية واحدة فقط من بين جميع التركيبات التي يمكن تصورها. كم عدد التركيبات المختلفة التي يجب أن تجربها قبل الاستقرار على الأفضل؟
باستخدام صيغة مضروب N يصبح هناك 3،628،800 أي 3 ملايين مجموعة لـ 10 أشخاص فقط.
لذلك إذا استحثنا نسخة أكبر من هذه الأنواع من المشاكل ، فهناك حاجة إلى حل أكثر موثوقية وفعالية من حيث التكلفة.

أيضًا ، تفتقر أجهزة الكمبيوتر العملاقة إلى الذاكرة العاملة للتعامل مع المجموعات العديدة من مواقف العالم الحقيقي ، كما أن الإصدارات الأكبر من هذه الأنواع من المشاكل تربك حتى أقوى أجهزة الكمبيوتر العملاقة لدينا.
يجب تحليل كل مجموعة واحدة تلو الأخرى بواسطة أجهزة الكمبيوتر العملاقة ، الأمر الذي قد يستغرق وقتًا طويلاً.

أجهزة الكمبيوتر الكمومية أسرع

يمكن لأجهزة الكمبيوتر الكمومية أن تمثل هذه القضايا الهائلة في مساحات ضخمة متعددة الأبعاد تم إنشاؤها بواسطة أجهزة الكمبيوتر الكمومية. هذا شيء لا تستطيع أجهزة الكمبيوتر العملاقة التقليدية القيام به.

ثم يتم استخدام خوارزميات تداخل الموجة الكمومية لتحديد الحلول في هذا المجال وترجمتها مرة أخرى إلى أشكال قابلة للاستخدام ومفهومة

يعتبر بحث جروفر خوارزمية كمومية واعدة تستخدم هذه المبادئ. لنفترض أنك بحاجة إلى تحديد موقع عنصر واحد من قائمة N.
على جهاز كمبيوتر كمي ، سيجد بحث Grover العنصر بعد التحقق من N منها تقريبًا. يوفر هذا تحسينًا كبيرًا في سرعة المعالجة وتوفير الوقت. على سبيل المثال ، لنفترض أنك بحاجة إلى تحديد موقع عنصر واحد من قائمة من تريليون ، وأن كل عنصر استغرق ميكرو ثانية للتحقق:
بهذه الطريقة ، سيستغرق الكمبيوتر التقليدي حوالي أسبوع.
سوف يستغرق الكمبيوتر الكمومي حوالي ثانية واحدة لإكماله.
لذلك فهي رائعة لمشاكل التحسين.

ستعمل أجهزة الكمبيوتر الكمومية على تغيير مشهد أمن البيانات. على الرغم من حقيقة أن أجهزة الكمبيوتر الكمومية ستكون قادرة على اختراق العديد من أنظمة التشفير الحالية ، فمن المتوقع أن تقوم بتطوير بدائل مقاومة للقرصنة.

أكمل كمبيوتر Google الكمي "Sycamore" عملية حسابية في أقل من أربع دقائق (200 ثانية) كان من الممكن أن تستغرق 10000 عام على أقوى كمبيوتر في العالم. إنها بداية أول كمبيوتر كمي يعمل بكامل طاقته في العالم ، والذي سيكون قادرًا على إنتاج أدوية أفضل ، وتطوير ذكاء اصطناعي أكثر ذكاءً ، وحل الألغاز الكونية.

القياس يهم

تمتلك أجهزة الكمبيوتر الكمومية القدرة على أن تكون ضخمة من حيث القدرة الحسابية. في الواقع ، هم حاليًا بحجم ثلاجة سكنية ، مع صندوق تحكم بحجم الخزانة.

تُستخدم بتات الكم ، أو الكيوبتات (CUE-bits) ، بنفس طريقة استخدام البتات في الكمبيوتر التقليدي لتخزين المعلومات في الشكل الكمي.

تنفيذ مجموعات التقنيات المتقدمة

السوائل الفائقة: تم استخدام السوائل الفائقة لتبريد الموصلات الفائقة. نقوم بتبريد هذه الموصلات الفائقة إلى جزء من مائة درجة مئوية فوق الصفر المطلق ، وهي أدنى درجة حرارة تسمح بها الفيزياء نظريًا.

الموصلات الفائقة : عندما تمر الإلكترونات عبر الموصلات الفائقة ، فإنها تشكل أزواج كوبر ، والتي تمر عبر نفق كمي يُعرف باسم تقاطع جوزيفسون.

التحكم: كيوبت فائق التوصيل. يمكننا تنظيم سلوك الكيوبت وجعلها تحتفظ بالمعلومات وتعديلها وقراءتها عن طريق إطلاق الفوتونات عليها.

التراكب: لا يعتبر الكيوبت مفيدًا بشكل خاص في حد ذاته. ومع ذلك ، يمكننا إنشاء مساحات حسابية كبيرة عن طريق إنشاء العديد منها وربطها في حالة تعرف باسم التراكب. ثم نستخدم بوابات قابلة للبرمجة للتعبير عن المشاكل المعقدة في هذا المجال.

التشابك : يسمح التشابك الكمي للكيوبتات بالبقاء مترابطة تمامًا على الرغم من سلوكها العشوائي. يمكن معالجة مشاكل معقدة محددة بشكل أكثر كفاءة وسرعة باستخدام الخوارزميات الكمومية التي تستفيد من التشابك الكمومي.