الحوسبة الكمّية

ماهي الحوسبة الكمية (Quantum Computing)؟

الحوسبة الكمّية (أو كما يطلق عليها في بعض المصادر بالحوسبة الكمومية) هي مجال ناشئ من علوم الحاسوب المتقدمة، يستفيد من الخصائص الفريدة لميكانيكا الكم لحل مشكلات تتجاوز قدرة أقوى الحواسيب التقليدية.

الحوسبة الكمّية هي مجال متعدد التخصصات يضم جوانب من علوم الحاسوب والفيزياء والرياضيات، ويستخدم ميكانيكا الكم لحل المشكلات المعقدة بسرعة أكبر من الحواسيب التقليدية. يشمل مجال الحوسبة الكمّية أبحاث الأجهزة وتطوير التطبيقات. وتستفيد الحواسيب الكمّية من تأثيرات ميكانيكا الكم، مثل التراكب والتداخل الكمّي، لحل أنواع معينة من المشكلات بشكل أسرع من الحواسيب التقليدية. تشمل بعض التطبيقات التي يمكن أن توفر فيها الحواسيب الكمّية هذا التسريع التعلم الآلي (ML)، والتحسين، ومحاكاة الأنظمة الفيزيائية. يمكن أن تشمل حالات الاستخدام المستقبلية تحسين المحافظ المالية في مجال التمويل أو محاكاة الأنظمة الكيميائية، لحل مشكلات تُعد حالياً مستحيلة حتى بالنسبة لأقوى الحواسيب الفائقة الموجودة في السوق.

يحتوي مجال الحوسبة الكمّية على مجموعة من التخصصات، منها تطوير أجهزة الكم وتصميم الخوارزميات الكمّية. وعلى الرغم من أن هذه التكنولوجيا لا تزال قيد التطوير، فمن المتوقع أن تتمكن قريباً من حل مشكلات معقدة لا تستطيع الحواسيب الفائقة الحالية حلها أو لا يمكنها حلها بسرعة كافية.

الكيوبت (Qubit)

المكونات الأساسية للحوسبة الكمّية

• التراكب (Superposition): هي حالة يكون فيها الجسيم أو النظام الكمّي قادراً على تمثيل أكثر من احتمال في وقت واحد، وليس احتمالاً واحداً فقط. بمعنى آخر، يمكن للجسيم أن يكون في حالتي "0" و"1" في نفس الوقت، مما يضاعف قدرة الحوسبة الكمّية.

• التشابك (Entanglement): تتيح هذه الخاصية تفاعل الكيوبتات مع بعضها بشكل متزامن وفوري.

• التفكك (Decoherence): هي العملية التي تبدأ فيها الجسيمات أو الأنظمة الكمّية في التحلل أو التغير لتصبح في حالة واحدة يمكن قياسها باستخدام الفيزياء الكلاسيكية. هذا التحول يفقد النظام الكمّي تراكبه، مما يجعل حالته قابلة للرصد والتحديد.

• التداخل (Interference): خاصية تمكن الكيوبتات من تحسين دقة الحسابات بتصفية الاحتمالات غير المرغوب فيها.

الفرق بين الحوسبة الكمّية والحوسبة التقليدية

المعالجات الكمّية لا تقوم بإجراء العمليات الحسابية بالطريقة نفسها التي تعتمدها الحواسيب التقليدية. فعلى عكس الحواسيب التقليدية التي يجب عليها إتمام كل خطوة من خطوات العمليات المعقدة، يمكن للدوائر الكمّية المصممة باستخدام الكيوبتات المنطقية أن تعالج مجموعات ضخمة من البيانات في وقت واحد وبعمليات مختلفة، مما يحسن الكفاءة بمئات الأضعاف لبعض المشكلات.

تعمل الحواسيب الكمّية بطريقة احتمالية، حيث تبحث عن الحل الأكثر احتمالاً لمشكلة ما، بينما تعمل الحواسيب التقليدية بطريقة حتمية، تتطلب عمليات حسابية دقيقة للوصول إلى نتيجة واحدة محددة لكل مدخل.

وبينما تقدم الحواسيب التقليدية إجابة واحدة واضحة، فإن الحواسيب الكمّية الاحتمالية غالباً ما تقدم مجموعة من الحلول المحتملة. قد يبدو هذا الأمر أقل دقة من الحسابات التقليدية، ولكنه مناسب جداً للتعامل مع المشكلات المعقدة التي قد يتطلب حلها بالطرق التقليدية مئات الآلاف من السنين.

كم يبلغ مقدار سرعة الحاسوب الكمّي؟

أعلن فريق Google Quantum AI أن الحاسوب الكمّي D-Wave 2X أسرع بـ 100 مليون مرة من أي حاسوب تقليدي في مختبراتها.

كيف استطيع أن استخدم حاسوب كمّي؟

ربما تكون أعجبت بالحاسوب الكمّي وتفكر في التعامل معه، يمكنك البدء باستخدام محاكي أجهزة كمّية على جهازك المحلي. المحاكيات هي برامج عادية تحاكي سلوك الكم على حاسوب تقليدي. تتميز هذه المحاكيات بكونها قابلة للتنبؤ وتتيح لك رؤية الحالات الكمّية. وهي مفيدة إذا كنت ترغب في اختبار خوارزمياتك قبل استثمار الوقت في أجهزة كمّية حقيقية. ومع ذلك، لا يمكنها إعادة خلق السلوك الكمّي الحقيقي بالكامل.

الخلاصة

تمثل الحوسبة الكمّية ثورة في عالم التكنولوجيا، وستغير من طريقة حلنا للمشكلات العلمية والمعقدة. لا تزال في مراحلها المبكرة وتحتاج إلى تجاوز بعض التحديات التقنية، إلا أن إمكانياتها تبدو واعدة، ومع استمرار الأبحاث، قد نشهد قريباً تطبيقات عملية لهذه التقنية التي ستعيد تشكيل الكثير من جوانب حياتنا.