الحوسبة الكمومية والحواسيب في مستقبل التكنولوجيا
لقد ظهر جيل جديد من تكنولوجيا الكمبيوتر، ويعتقد الكثيرون أنه سيعمل في نهاية المطاف على زيادة قوة الحوسبة المتاحة للبشرية. وإذا حدث هذا، فقد يؤدي ذلك إلى تسريع العديد من المهام الحرجة بشكل كبير، مثل اكتشاف واختبار الأدوية الجديدة أو فهم تأثير تغير المناخ. إن الحوسبة الكمومية وأجهزة الكمبيوتر الكمومية موجودة بالفعل لدينا ولكن بشكل محدود. ولكن في السنوات الخمس إلى العشر القادمة قد نشهد انتقالها إلى التيار الرئيسي، بنفس الطريقة التي انتقلت بها أجهزة الكمبيوتر الكلاسيكية من المختبرات والشركات الكبرى إلى الشركات العالمية.
إصلاح مشاكل أمان النظام
يمكن لهذه التقنية أن تلعب دوراً فعالاً في حل المشاكل المتعلقة بأمن النظام. بالإضافة إلى القفزات الهائلة في ما يمكننا القيام به باستخدام أجهزة الكمبيوتر، فإنها تتطلب منا أيضًا مواجهة مجموعة جديدة من المشاكل، وخاصة فيما يتعلق بالتهديدات التي تشكلها على الأمن والتشفير.
يعتقد البعض أن أجهزة الكمبيوتر الكمومية والحوسبة الكمومية لن تكون مفيدة أبدًا بسبب التعقيد والعدد المحدود من المهام التي أثبتت تفوقها على تكنولوجيا الكمبيوتر الكلاسيكية.
ما هي الحوسبة الكمومية؟
كما هو الحال مع أي شيء مرتبط بعالم الكم (دون الذري)، فإن الحوسبة الكمومية وأجهزة الكمبيوتر ليست أبسط المفاهيم التي يمكنك التفكير فيها. في الأساس، يصف المصطلح جيلًا جديدًا (أو مستقبليًا) من أجهزة الكمبيوتر فائقة السرعة التي تعالج المعلومات على هيئة “كيوبتات” (بتات كمية) بدلاً من البتات العادية – الواحدات والأصفار – في الحوسبة الكلاسيكية.
إن أجهزة الكمبيوتر الكلاسيكية ما هي في الواقع إلا إصدارات أكثر تطوراً من الآلات الحاسبة الجيبية. إنها تعتمد على دوائر ومفاتيح كهربائية يمكن أن تكون قيد التشغيل (واحد) أو متوقفة (صفر). من خلال ربط عدد كبير من هذه الآحاد والأصفار معًا، يمكنهم تخزين ومعالجة أي معلومات.
ومع ذلك، فإن سرعتها محدودة دائمًا بسبب حقيقة أن كميات كبيرة من المعلومات تتطلب عددًا كبيرًا من الآحاد والأصفار لتمثيلها. بدلاً من أن تكون مجرد آحاد وأصفار، يمكن أن توجد وحدات كيوبت الحوسبة الكمومية في العديد من الحالات المختلفة.
تطبيقات الحواسيب الكمومية
يمكن رؤية تطبيق الحواسيب الكمومية على نطاق أوسع بكثير. ونظراً للخصائص الغريبة لميكانيكا الكم، فقد يعني هذا أنها يمكن أن توجد كواحد وأصفار في نفس الوقت. ويمكنها أيضًا أن توجد في أي حالة بين الواحد والصفر.
وهذا يعني أنه بإمكانك معالجة المزيد من المعلومات على جهاز كمبيوتر كمي، وهذا يعني أيضًا أنه يمكنك حل بعض المشكلات بشكل أسرع بكثير. ومع ذلك، هناك تحذير مهم. في الوقت الحالي، لا تعد أجهزة الكمبيوتر الكمومية مفيدة حقًا إلا لمجموعة محدودة من التطبيقات.
لا تتوقع أن تتمكن ببساطة من توصيل معالج كمي بجهاز MacBook الخاص بك والقيام بكل ما يمكنك فعله عليه الآن، بشكل أسرع بملايين المرات.
يولد GPT Chat استجابات تشبه استجابات الإنسان عبر النص. لديه القدرة على الإجابة على الأسئلة بأسلوب واضح وحواري. يمكن لهذا الروبوت إنشاء الأكواد، وكتابة القصص والقصائد والنصوص الأدبية. فهو يوفر استجابات طبيعية لإنتاج الاستجابات بالطريقة التي يقوم بها الإنسان.
مقارنة بين الحوسبة الكمومية والحوسبة الكلاسيكية
ما الذي يمكن للحوسبة الكمومية أن تفعله بشكل أفضل من الحوسبة الكلاسيكية؟ الحقيقة هي أن أجهزة الكمبيوتر الكلاسيكية قادرة على تبسيط جميع المشاكل التي تحلها أجهزة الكمبيوتر الكمومية. لم يتم اكتشاف أي استخدام لأجهزة الكمبيوتر الكمومية حتى الآن لا يمكن القيام به باستخدام أجهزة الكمبيوتر الكلاسيكية.
وعلى وجه الخصوص، فهي مفيدة بشكل محتمل لمجموعة من المشاكل المعروفة وتعتبر مشاكل تحسين. يمكن للرياضيات الأولية أن تظهر لنا أنه بمجرد وجود أكثر من بضع مدن، يصبح عدد الطرق الممكنة كبيرًا بشكل لا يصدق.
وهذا يعني أنه إذا استخدمنا الحسابات الثنائية الكلاسيكية، فإن حساب المسافة والوقت المستغرق لكل منها للعثور على الأسرع قد يستغرق قدرًا كبيرًا من قوة المعالجة.
وهذا له آثار على مجالات متنوعة مثل تتبع وتوجيه المعاملات المالية عبر الشبكات المالية العالمية، وتطوير مواد جديدة من خلال التلاعب بالخصائص الفيزيائية أو الجينية، أو حتى فهم كيفية تأثير أنماط الطقس المتغيرة على العالم من حولنا.
ما هي التحديات المحيطة بالحوسبة الكمومية؟
أولاً، هناك بعض التحديات الفيزيائية السريعة التي تحتاج إلى حل. إن البتات الكمومية نفسها، عندما توجد في حالة فيزيائية، كما هو ضروري لتمثيل البيانات والسماح بإجراء العمليات الحسابية، تكون غير مستقرة للغاية. وهذا يعني أنه يجب حفظها في بيئة شديدة البرودة، حتى ولو لبضعة نانوثانية، قبل أن يكون من الممكن استخدامها.
من ناحية أخرى، تعتبر أجهزة الكمبيوتر الكمومية باهظة الثمن حاليًا، ولا تستطيع سوى الشركات الأكبر حجمًا ومنظمات الأبحاث ذات الميزانيات الأفضل تحمل تكاليف امتلاكها. وهذا يعني أن تقييم حالات الاستخدام يعد أيضًا عملية مكلفة وتستغرق وقتًا طويلاً.
وقد اقترح أيضًا أن الأشعة الكونية قد تشكل عقبة أمام التبني الواسع النطاق للحوسبة الكمومية. وعلاوة على ذلك، فإن الأخطاء الناجمة عن الظواهر التي يمكن أن تؤثر حتى على العمليات الحسابية الكلاسيكية يمكن أن يكون لها تأثير كبير على الهندسة الحساسة للغاية المطلوبة لتسخير الكيوبتات على نطاق واسع.
هناك أيضًا نقص حاد في الأشخاص الذين يمتلكون المهارات اللازمة لتطوير أجهزة الكمبيوتر الكمومية والعمل معها. ما تريده هو شخص متخصص في علوم الكمبيوتر والفيزياء، وخبير في مجال الأدوية أو التمويل.
تطبيقات الحواسيب الكمومية
سيصبح تطبيق الحواسيب الكمومية واضحًا جدًا في المستقبل القريب. الحوسبة الكمومية هي تقنية جديدة نسبيًا وموجهة نحو المستقبل وتستخدم مبادئ الفيزياء الكمومية لحل المشكلات المعقدة. ورغم أنها لا تزال في المراحل الأولى من التطوير، فإن الإمكانيات والنتائج حتى الآن تشير إلى أن هذه التكنولوجيا لها مستقبل واعد في التطبيقات في العالم الحقيقي.
وقد بدأت شركات كبيرة مثل IBM، وJP Morgan Chase، وMicrosoft، وVolkswagen، ودول مثل اليابان والصين والولايات المتحدة، أبحاثاً معمقة في هذه التكنولوجيا المطلوبة بشدة.