الكمبيوتر الكمومي Quantum Computing

الكمبيوتر الكمومي (Quantum Computing) هو جهاز حاسوب فائق الذكاء يستخدم قواعد خاصة من ميكانيكا الكم لحل المشاكل عبر الحساب بسرعة أكبر بكثير من الكمبيوترات التقليدية.

تخيل أنك تلعب الشطرنج..♟️

فكر في لعب الشطرنج. الكمبيوتر التقليدي يفحص كل حركة ممكنة واحدة تلو الأخرى. أما الكمبيوتر الكمومي فيفحص كل الحركات المحتملة في نفس الوقت! هذا يجعله سريعاً جداً.

كيف تعمل الكمبيوترات الكمومية

الكمبيوتر التقليدي مقابل الكمومي

يستخدم كلا من الكمبيوتر التقليدي والكمومي الدوائر والرقائق. لكن الفرق الرئيسي هو كيفية معالجتهم للمعلومات.

• الكمبيوترات التقليدية: تستخدم البتات (٠ او ١).
• الكمبيوترات الكمومية: تستخدم الكيوبتات، التي يمكن أن تكون ٠ و ١ في نفس الوقت. هذا يسمى التراكب.

مثال لفهم التراكب

عندما تقلب عملة معدنية 🪙 تكون إما وجها أو ظهرا. لكن أثناء دورانها، تكون كأنها كلاهما. تعمل الكيوبتات بنفس الطريقة – يمكن أن تكون ٠ و ١ حتى نقيسها.

ميزة الكيوبتات

مع العديد من الكيوبتات، يمكن للكمبيوتر الكمومي حل العديد من المشاكل في وقت واحد. هذا يجعله أسرع بكثير من الكمبيوترات التقليدية.

التشابك الكمومي

ما هو التشابك؟

التشابك هو عندما تكون الكيوبتات مرتبطة. إذا قمت بتغيير كيوبيت واحد، تتغير الأخرى أيضاً، بغض النظر عن مدى تباعدهم. هذا يجعل الكمبيوترات الكمومية أقوى.

مثال تقريبي

تخيل أن لديك صندوقين من الطعام – واحد يحتوي على فلافل، والآخر على شاورما. فتح أحد الصناديق يخبرك بما يوجد في الآخر. هذا يشبه التشابك.

أساسيات ميكانيكا الكم

ميكانيكا الكم تتعلق بالجسيمات الصغيرة مثل الفوتونات (جسيمات الضوء) والإلكترونات (جسيمات صغيرة داخل الذرة).

مقاربة الحجم

طرف الإبرة يمكن أن يتسع لمليارات الإلكترونات.

تحديد الإلكترونات

للإلكترونات أربع طرق لتحديدها، لكننا سنركز على واحد: عدد الكم للدوران. يمكن للإلكترونات أن تكون لها دوران “إلى الأعلى” أو “إلى الأسفل”. أحياناً تكون في كلا الحالتين (التراكب).

فهم الدوران والتراكب

قطة شرودنغر

تخيل قطة في صندوق مع فرصة عشوائية للتسمم. قبل فتح الصندوق، تكون القطة حية وميتة في نفس الوقت (التراكب). تجربة قطة شرودنغر

التراكب في الإلكترونات

يمكن أن تكون الإلكترونات في دوران لأعلى ولأسفل في وقت واحد. عندما نقيسها، تختار حالة واحدة.

التشابك الكمومي للإلكترونات

الإلكترونات المتشابكة

إذا كانت الإلكترونات متشابكة، فإن تغيير واحد يغير الآخر فوراً، حتى لو كان أحدهما على الأرض والآخر خارج مجرة درب التبّانه. هذا التغيير الفوري حيّر أينشتاين، الذي أسماه “التأثير الشبحي عن بعد”.

تطبيقات التشابك الكمومي

الساعات الدقيقة

يمكن أن يجعل التشابك الكمومي الساعات دقيقة للغاية. هذه الساعات، مثل ساعة المنطق الكمومي في المعهد الوطني للمعايير والتكنولوجيا (NIST) في كولورادو، لن تفقد أو تكسب ثانية واحدة في ٣٣ مليار سنة! عن طريق تشابك المزيد من الذرات، تصبح هذه الساعات أكثر دقة.

التشفير الكمومي

مثل رمز سري بين الأصدقاء، يستخدم التشفير الكمومي الفوتونات المتشابكة لإنشاء أنظمة اتصال فائقة الأمان. أي عبث بالفوتونات سيكون ملاحظاً فوراً.

المجهر المتقدم

استخدم الباحثون التشابك الكمومي لإنشاء مجاهر فائقة التفصيل. يمكن لهذه المجاهر جمع المزيد من المعلومات عن طريق قياس الفوتونات المتشابكة.

النقل الكمومي

النقل الكمومي هو نقل المعلومات، وليس المادة. رغم أنه يبدو كخيال علمي، إلا أنه تقنية حقيقية يستخدمها الفيزيائيون.

مستقبل الكمبيوترات الكمومية

تبدو الكمبيوترات الكمومية مختلفة تماماً عن الكمبيوترات العادية. غالباً ما تحتوي على هياكل كبيرة تشبه الثريات مع أجزاء معقدة. شركات مثل جوجل وآي بي إم (IBM) تحقق تقدماً كبيراً. في عام ٢٠١٩م، ادعت جوجل تحقيق التفوق الكمومي، مما يظهر أن الكمبيوتر الكمومي الخاص بهم يمكن أن يتفوق على أفضل الكمبيوترات التقليدية في بعض المهام.

الاستخدامات المحتملة

يمكن أن تحدث الكمبيوترات الكمومية ثورة في:

• الذكاء الاصطناعي: عن طريق معالجة البيانات بشكل أسرع.
• الأمن السيبراني: تعزيز تشفير البيانات.
• البحث الطبي: تسريع اكتشاف الأدوية.
• التنبؤ بالطقس: توفير توقعات أكثر دقة.
• تكنولوجيا السيارات: تحسين كفاءة البطارية.

بينما قد يستغرق الاستخدام الواسع سنوات، تعد الكمبيوترات الكمومية بحل مشاكل معقدة، توقع النتائج، وحتى مساعدتك في المهام اليومية.

خاطرة أخيرة

قال الحائز على جائزة نوبل ريتشارد فاينمان ذات مرة: “إذا كنت تعتقد أنك تفهم ميكانيكا الكم، فأنت لا تفهم ميكانيكا الكم”. تذكرنا هذه المقولة بالعالم الغريب والمثير لميكانيكا الكم.