ما هي الحواسيب الكمية ؟

ما هي الحواسيب الكمية ؟

في تموز من العام الحالي - 2017 - أعلنت جوجل أنها ستقدم خدمات حاسوبية تتضمن حواسيب تعتمد على مبادئ ميكانيكا الكم. لقد قدمت IBM خدمات مماثلة في أيار أيضاً. ربما لا تكون مثل هذه الامور شائعة ومفهومة بالنسبة لكثيرين، لكن دعونا نبسط الأمر.

لفهم الفرق بين الحواسيب العادية ( الكلاسيكية ) والحواسيب الكمية علينا أن نستكشف منطقة في الفيزياء لا نتعامل معها عادة في حياتنا اليومية.

إن الفيزياء ( الكلاسيكية ) هي الفيزياء التي تفسر ما نراه في حياتنا المعتادة، فهي تفسر ما يحدث عندما تصطدم سيارة ببناية ما، وما المسار الذي تسلكه كرة مقذوفة، ولماذا من الصعب جر شيء ما على أرض خشنة.

تعالج الفيزياء الكمية - من جانب آخر - الجسيمات دون الذرية؛ مثل البروتونات و الإلكترونات والفوتونات، وتختلف قوانين الفيزياء الكمية اختلافاً تاماً عن مثيلاتها في الفيزياء الكلاسيكية وتقود إلى نتائج غير متوقعة، كالكتلة السالبة على سبيل المثال.

يحاول الفيزيائيون والأكاديميون - ويتمويل حكومي - تطوير تكنولوجيا تستفيد من الفيزياء الكمية في بناء حواسيب لها قدرات خارقة.

نبذة مختصرة حول الفيزياء الكمية :

في حياتنا المعتادة نعرف أن المصباح مثلاً يكون إما مضاءً، أو مطفئً، ولا يوجد حل وسط هنا. لكن في فيزياء الكم هناك حالة تسمى بالتراكب Superposition وهي تعني أن المصباح من الممكن أن يكون مضاءً ومطفئ في الوقت نفسه!. هذه الخاصية الغريبة لها عواقب مهمة في الحوسبة.

بالمقابل، في الحواسيب ( الكلاسيكية) المعتادة فإن وحدة المعلومات هي أما 0 وإما 1 ولا شيء بينهما، وهذا يعني أن كل وحدة تملك معلومة واحدة، وهذا يتمثل في البت bit، وهذا ما يعتمد عليه كل نظام الحواسيب العادية.

الكيوبت  Qubit - Quantum Bit - هي النظير الكمي المرادف للبتات الكلاسيكية.

وكنتيجة لمبدأ التراكب في الكم، فإن وحدة المعلومات الواحدة قد تكون 0 أو 1 في الوقت نفسه، ولا يتحقق هذا إلا على المستوى الذري؛ مثل غزل ( دوران ) الإلكترون،أو استقطاب الفوتونات.

ومن العوامل التي تجعل الحواسيب الكمية خارقة في سرعة معالجة البيانات هي أن التغيير الذي يحدث للكيوبت في مكان ما يؤثر على الكيوبتات الأخرى، بينما هذه العملية منفصلة تماماً في الحواسيب الكلاسيكية؛ حيث أن أي عملية على أي بت لا تؤثر مطلقاً في غيره.

لا يغيب عن الذكر أن بناء حواسيب كمية هو أمر صعب للغاية؛ فكل ما وصلنا اليه الآن هو حواسيب كمية تحوي 16 كيوبت ليس إلا، بينما تعد جوجل بحاسوب كمي قريب يحوي 49 كيوبت. غني عن الذكر أن الحواسيب الحالية تحوي عدة جيجا بايت، وكل جيجا يحوي 8 مليارات بت كلاسيكي!.

تستطيع الحواسيب العملاقة حل المعادلات الرياضية فائقة التعقيد، والأهم، أن لها قدرة خارقة على التشفير. على سبيل المثال يسمح استخدام مفاتيح تشفير كمومية لطرفين أن يتبادلا محادثة سرية لا يمكن

التنصت عليها أو استرجاعها سواء باستخدام حاسوب عادي أو حتى كمومي.

إن هذه الانظمة تعتبر تحدياً حقيقياً يحاول العلماء تحقيقه في المستقبل، وما يعتبر التحدي الاعظم هو جعل مثل هذه الاجهزة متاحة للجميع في الحياة اليومية المعتادة.