ماهو الكوانتيوم كومبيوتر ؟

ما هي أجهزة الكوانتيوم كومبيوتر وكيف تعمل ؟

تتسابق Google و IBM وحفنة من الشركات الناشئة في إنشاء الجيل التالي من أجهزة الكمبيوتر العملاقة. سوف تساعدنا أجهزة الكومبيوتر ، إذا بدأت من أي وقت مضى ، في حل المشاكل ، مثل نمذجة العمليات الكيميائية المعقدة ، بحيث لا تستطيع حواسيبنا الحالية أن تخدش سطحها.

لكن المستقبل الكوانتيوم كومبيوتر  لن يأتي بسهولة ، وليس هناك من يعرف كيف سيبدو عند وصوله. في الوقت الحالي ، تستخدم الشركات والباحثون مجموعة من الأساليب المختلفة لمحاولة بناء أقوى أجهزة الكمبيوتر التي شاهدها العالم على الإطلاق. إليك كل ما تحتاج إلى معرفته عن الثورة الكمية القادمة.

ماهو الكوانتيوم كومبيوتر ؟

تستفيد الحوسبة الكمومية ( بمعنى كوانتيوم) من القدرة الغريبة للجسيمات دون الذرية على الوجود في أكثر من حالة واحدة في أي وقت. نظرًا للطريقة التي تتصرف بها أصغر الجسيمات ، يمكن إجراء العمليات بسرعة أكبر واستخدام طاقة أقل من أجهزة الكمبيوتر الكلاسيكية.

في الحوسبة الكلاسيكية ، فإن البتة عبارة عن قطعة واحدة من المعلومات يمكن أن توجد في حالتين - 1 أو 0. تستخدم الحوسبة الكمومية (اي كوانتيوم ) وحدات البت الكمومية ، أو "qubits" بدلاً من ذلك. هذه هي أنظمة الكم مع الدولتين. ومع ذلك ، على عكس البتة المعتادة ، يمكن تخزين معلومات أكثر بكثير من 1 أو 0 ، لأنها يمكن أن توجد في أي تراكب لهذه القيم.

"الفرق بين البتات الكلاسيكية و qubits هو أنه يمكننا أيضا إعداد qubits في التراكب الكمومي 0 و 1 وإنشاء حالات مترابطة غير مترابطة لعدد من qubits ، ما يسمى ب" الدول المتشابكة "، يقول Alexey Fedorov ، عالم في الفيزياء في معهد موسكو للفيزياء والتكنولوجيا.

يمكن التفكير في لعبة qubit ككرة وهمية. في حين أن الباقة الكلاسيكية يمكن أن تكون في حالتين - في أي من القطبين في الكرة - يمكن أن يكون qubit أي نقطة على الكرة. وهذا يعني أن حاسوبًا يستخدم هذه البتات يمكنه تخزين قدر أكبر من المعلومات باستخدام طاقة أقل من الكمبيوتر الكلاسيكي.

ماهو اقصى شيء يمكن ان تصل اله هذه الحواسب ؟

حتى وقت قريب ، بدا وكأن غوغل تقود الطرد عندما يتعلق الأمر بإنشاء حاسوب كمومي يمكن أن يتجاوز قدرات أجهزة الكمبيوتر التقليدية. في مقالة Nature التي نشرت في مارس 2017 ، وضعت شركة البحث العملاقة خططًا طموحة لتسويق تكنولوجيا الكَمّ في السنوات الخمس المقبلة. بعد ذلك بقليل ، قالت غوغل إنها تعتزم تحقيق شيء تسميه "التفوق الكمي" بحاسب 49 بت في نهاية عام 2017.

الآن ، التفوق الكمي ، الذي يشير تقريبًا إلى النقطة التي يمكن لجهاز الكمبيوتر الكمّي أن يُحْدِث فيها مبالغ لا يمكن أن يأمل الكمبيوتر التقليدي في محاكاةها ، ليس بالضبط مصطلحًا مقبولًا على نطاق واسع داخل المجتمع الكمومي. إن أولئك المتشككين في مشروع Google الكمومي - أو على الأقل الطريقة التي يتحدثون بها عن الحوسبة الكمومية - يجادلون بأن التفوق هو في الأساس هدف تعسفي وضعته Google لجعله يبدو وكأنه يحقق خطوات هائلة في الكم عندما يكون في الواقع مجرد تحقيق الأهداف التي يفرضها على نفسه.

سواء كان ذلك هدفًا عشوائيًا أم لا ، تم نقل شركة Google إلى موقع التفوق من قِبل شركة IBM في شهر تشرين الثاني 2017 ، عندما أعلنت الشركة أنها بنت جهاز كمبيوتر كميته 50 نقطة. ومع ذلك ، فقد كان هذا أبعد ما يكون عن الاستقرار ، حيث كان بإمكان النظام فقط الاحتفاظ بـ microstate الكمي لـ 90 مايكروثانية ، وهو رقم قياسي ، ولكن بعيدًا عن الأوقات اللازمة لجعل الحوسبة الكمومية قابلة للحياة عمليًا. ولأن IBM قامت ببناء نظام 50 -bit ، فإن ذلك لا يعني بالضرورة أنها قد تخطت التفوق وبالتأكيد لا يعني أنها أنشأت حاسوبًا كميًا يكون جاهزًا في أي مكان للاستخدام العملي.

ومع ذلك ، حيث ذهبت شركة IBM إلى أبعد من Google ، فإنها تجعل أجهزة الكمبيوتر الكمومية متاحة تجارياً. منذ عام 2016 ، عرضت على الباحثين فرصة إجراء تجارب على جهاز كمبيوتر كمبيتي بحجم 5 نقاط عبر السحابة ، وفي نهاية عام 2017 بدأوا في جعل نظام 20 -bit المتوفر متوفرًا على الإنترنت أيضًا.

لكن الحوسبة الكمومية ليست بأي حال سباقًا بين حصانين. تركز شركة Rigetti الناشئة في كاليفورنيا على استقرار أنظمتها الخاصة بدلاً من مجرد عدد الكواكب ، وقد تكون الأولى في بناء كمبيوتر كمّي يمكن للناس استخدامه بالفعل. قامت D-Wave ، وهي شركة مقرها في فانكوفر ، كندا ، بالفعل بإنشاء ما يسمى نظام 2000 كيلو بايت على الرغم من أن العديد من الباحثين لا يعتبرون أن أنظمة الموجة D هي أجهزة كمبيوتر كمومية حقيقية. إنتل ، أيضا ، لديها الجلد في اللعبة. في فبراير 2018 أعلنت الشركة أنها عثرت على طريقة لتصنيع رقائق الكم من السيليكون ، مما يجعل من الأسهل إنتاج الشرائح باستخدام طرق التصنيع الحالية.

ماذا يستطيع هذا الحاسوب فعله والذي يميزه عن باقي الحواسيب العادية ؟

تعمل أجهزة الكمبيوتر الكمومية على مبادئ مختلفة تمامًا لأجهزة الكمبيوتر الموجودة ، مما يجعلها مناسبة تمامًا لحل مشكلات رياضية معينة ، مثل البحث عن أعداد أولية كبيرة جدًا. نظرًا لأن الأعداد الأولية مهمة جدًا في التشفير ، فمن المحتمل أن أجهزة الكمبيوتر الكمومية ستتمكن سريعًا من كسر العديد من الأنظمة التي تحافظ على أمان معلوماتنا عبر الإنترنت. وبسبب هذه المخاطر ، يحاول الباحثون بالفعل تطوير تكنولوجيا مقاومة للقرص الكمي ، وعلى الجانب الآخر من ذلك ، من الممكن أن تكون أنظمة التشفير المعتمدة على الكم أكثر أمانًا من نظائرها التقليدية.

كما أن الباحثين متحمسين أيضًا بشأن إمكانية استخدام أجهزة الكمبيوتر الكمية لنموذج التفاعلات الكيميائية المعقدة ، وهي مهمة لا تكون أجهزة الكمبيوتر العملاقة التقليدية جيدة جدًا على الإطلاق. في يوليو 2016 ، استخدم مهندسو Google جهازًا كميًا لمحاكاة جزيء الهيدروجين لأول مرة ، ومنذ ذلك الحين تمكنت IBM من تصميم سلوك الجزيئات الأكثر تعقيدًا. في النهاية ، يأمل الباحثون أن يتمكنوا من استخدام المحاكاة الكمومية لتصميم جزيئات جديدة تمامًا لاستخدامها في الطب. لكن الكأس المقدسة للكيميائيين الكميين هي أن يكونوا قادرين على نمذجة عملية هابر - بوش - وهي طريقة لإنتاج الأمونيا بشكل مصطنع والتي لا تزال غير فعالة نسبياً. يأمل الباحثون أنه إذا تمكنوا من استخدام ميكانيكا الكم لتحديد ما يجري داخل هذا التفاعل ، يمكنهم اكتشاف طرق جديدة لجعل العملية أكثر كفاءة.