الاتصالات السلكية واللاسلكية وتطبيقاتها ..ومستقبلها

                  الحاسوب الكمي , حاسوب المستقبل 

 الكمبيوتر الكمومي او الحاسوب الكمي هو كمبيوتر يعمل على البيانات والقيام بعمليات رياضية كثيرة ومعقدة وذلك بالاعتماد و باستخدام ظواهر فيزياء ميكانيكا الكم مثل التراكب والتشابك.

 

 تعمل أجهزة الحاسوب الكمي على وحدات كيوبت، وهي وحدات معلومات كمومية و تختلف أجهزة الحواسيب الكمية في نواح كثيرة عن أجهزة الكمبيوتر المستخدمة اليوم حيث على سبيل المثال، يمكن أن يكون جهاز حاسوب كمي  في حالات متعددة في نفس الوقت، يمكن أن يكون الكمبيوتر الكلاسيكي في حالة واحدة فقط في كل مرة حيث بالمقابل يسمح هذا لأجهزة الكمبيوتر الكمومية بإجراء العديد من العمليات الحسابية الكثيرة في ان واحد.

 

مبدأها الأساسي هو استغلال الخواص الميكانيكية الكمومية للجسيمات من أجل إجراء حسابات مستحيلة مع أجهزة الكمبيوتر الكلاسيكية , وبالتالي فإن أجهزة الكمبيوتر الكمومية قوية للغاية ولديها القدرة على إحداث ثورة في العديد من الصناعات والتطبيقات التكنولوجية .

 وهي أيضًا أجهزة مكلفة و باهظة الثمن ومعقدة، مما يعني أنها ليست متوفرة على نطاق واسع بعد ولكن ومع ذلك، فإن البحث في الحوسبة الكمومية مستمر، ومن المأمول أن تصبح هذه التكنولوجيا أكثر شيوعًا في المستقبل وفي متناول الجميع خصوصا اذا تمكن التوصل لمواد فائقة الموصلية  https://www.brefphysique.com/2022/05/physique.html  في درجة الغرفة , وايضا تطور ميكانيك الكم .

تاريخ تطور الحاسوب الكمي  

 

 تمتلك أجهزة الحواسيب الكمية تاريخًا قصيرًا نسبيًا، ولم يتم تطوير أجهزة الحاسوب الكمي الأولى إلا في أوائل العقد الأول من القرن الحادي والعشرين ولكن ومع ذلك، يمكن إرجاع الأسس النظرية للحوسبة الكمومية إلى أوائل الثمانينيات، عندما اقترح الفيزيائي بول بينيوف لأول مرة فكرة الحوسبة باستخدام تأثيرات ميكانيكا الكم. 

 

 في عام 1994، طور Peter Shor خوارزمية كمومية يمكنها تحليل أعداد كبيرة بشكل أسرع من أي خوارزمية كلاسيكية، وهو دليل قوي على أن أجهزة الحاسوب الكمي  يمكن أن تتفوق يومًا ما على أجهزة الكمبيوتر الكلاسيكية ومنذ ذلك الحين، تم قطع خطوات كبيرة ومهمة في تطوير أجهزة الكمبيوتر الكمومية التجريبية الى ان اصبح يعتقد الآن على نطاق واسع أن أجهزة الحاسوب الكمي القابلة للتطوير سيتم بناؤها  واستخدامها في النهاية.

 

قام علماء الفيزياء https://www.brefphysique.com/2022/04/blog-post.html  في مختبر أرجون الوطني الذي يستخدم الجهاز، المسمى بحاسوب الباب المسحور، عددًا صغيرًا من الذرات التي تم التقاطها لتخزين المعلومات ومعالجتها حيث في التسعينيات، بدأت شركة IBM وشركات أخرى في تطوير أجهزة حاسوب كمي باستخدام دوائر فائقة التوصيل للتوصل الى  أجهزة قادرة على أداء العمليات الأساسية، مثل تحليل الأرقام ومعادلات معقدة.

 

 في أوائل العقد الأول من القرن الحادي والعشرين، قامت فرق البحث في كندا والولايات المتحدة ببناء أجهزة حواسيب كمية يمكنها أداء مهام أكثر تعقيدًا، مثل محاكاة التفاعلات الكيميائية وهذا ما يستخدم  اليوم، حيث يتم استخدام أجهزة الحاسوب الكمي جوجل ومايكروسوفت وآي بي إم وتتم دراستها أيضًا من قبل الوكالات الحكومية مثل وزارة الطاقة الأمريكية.

 

 تمتلك أجهزة الحواسيب الكمية القدرة على إحداث ثورة في الحوسبة من خلال أداء مهام معينة بشكل أسرع من أجهزة الكمبيوتر التقليدية حيث على سبيل المثال، يمكن استخدامها لاختراق كلمات المرور أو قواعد البحث بسرعة  في البيانات الكبيرة. 

تم استخدم الحاسوب الكمي  لحل نوع معين من مسائل الرياضيات يسمى التحليل إلى عوامل حيث في عام 1994، طور عالم الرياضيات بيتر شور خوارزمية كمومية يمكنها تحليل أعداد كبيرة بشكل أسرع من اي حاسوب تقليدي ولم يتم تطبيق الخوارزمية على الإطلاق حاسوب كمي، ولكن يُعتقد أنه قوي بما يكفي لأداء هذه المهمة بشكل أسرع من أي حاسوب تقليدي.

 في أوائل العقد الأول من القرن الحادي والعشرين، بنى العلماء في IBM و Google نماذج أولية لأجهزة الحواسيب الكمية التي يمكن أن تؤدي مهامًا معينة، مثل العوملة، أسرع من أجهزة الحواسيب التقليدية ومع ذلك، لم تتفوق هذه النماذج الأولية على أجهزة الكمبيوتر الكلاسيكية في جميع المهام و تم إحراز تقدم كبير في تطوير أجهزة الحواسيب الكمية في السنوات الأخيرة.

 

الفرق بين الحاسوب الكمي والحاسوب التقليدي

الحاسوب الكمي قادر على تخزين المعلومات ومعالجتها باستخدام وحدات البت الكمومية أو الكيوبتات و في المقابل، يستخدم الحاسوب التقليدي وحدات بت كلاسيكية يمكنها تخزين 2 ^ 64 كحد أقصى، أو اثنتين مرفوعة إلى القوة 64، أو 4،294،967،296 مجموعة مختلفة ونظرًا لأن أجهزة الحواسيب الكمية يمكنها تخزين معلومات أكثر من أجهزة الحاسوب التقليدية ومعالجتها، فإن لديها القدرة على حل بعض المشكلات بشكل أسرع وعلى سبيل المثال، يمكن استخدام الحاسوب الكمي للعثور بسرعة على العوامل الأولية للأعداد الكبيرة، وهو أمر مهم لأغراض أمنية مثل تشفير الاتصالات.

 

الحاسوب الكمي الصيني

حقق الحاسوب الكمي الصيني إنجازًا كبيرًا، حيث أكمل عملية حسابية في 200 ثانية فقط من شأنها أن تستغرق 10000 عام لإنهاء أقوى حاسوب عملاق في العالم و يعد هذا الإنجاز خطوة مهمة إلى الأمام لطموحات الصين لقيادة العالم في مجال الحوسبة الكمية، والتي يعتقد العديد من الخبراء أن لديها القدرة على إحداث ثورة في الصناعات من الخدمات المالية إلى اكتشاف الأدوية و في حين أن الحاسوب الكمي الصيني ليس قادرًا حتى الآن على التفوق على أجهزة الحواسيب الكلاسيكية في جميع المهام، فهو أول آلة تظهر ما يسمى بـ "التفوق الكمي" - وهو اختراق كبير يثبت أن أجهزة الحاسوب الكمي  يمكنها أداء مهام معينة بشكل أسرع بكثير من نظيراتها التقليدية.

 

استخدامات الحاسوب الكمي

تمتلك أجهزة الحاسوب الكمي القدرة على حل بعض المشكلات بشكل أسرع بكثير من أجهزة الحاسوب التقليدية حيث على سبيل المثال، يمكن استخدام الكمبيوتر الكمومي في تحليل الأعداد الكبيرة، وهو الأساس للعديد من أنظمة الأمان الرقمية و يمكن أيضًا استخدام أجهزة الحواسيب الكمومية لمحاكاة أنظمة الكم المعقدة، مثل الجزيئات، والتي يمكن أن تؤدي إلى اكتشافات جديدة في الكيمياء وعلوم المواد.

 

مشاكل الحاسوب الكمي

لا تزال أجهزة الحواسيب الكمية  في مهدها وبدايتها ، وهناك العديد من المشكلات التي يجب حلها قبل أن يتم استخدامها على نطاق واسع وواحدة من أكبر المشاكل هي أن أجهزة الحواسيب الكمية معرضة جدًا للأخطاء، مما يعني أنها غالبًا ما تقدم نتائج غير صحيحة وهناك مشكلة أخرى هي أن أجهزة الحواسيب الكمية تتطلب الكثير من الطاقة والتبريد، مما يجعلها مكلفة للعمل و أخيرًا، لم يتم فهم أجهزة الحواسيب الكمية جيدًا بعد، ولا يزال هناك الكثير من البحث الذي يتعين القيام به في هذا المجال للتغلب على هذه المشاكل .

الحاسوب الكمي الجديد

يقال إن الحاسوب الكمي  الجديد قادر على إجراء العمليات الحسابية بسرعة ودقة أكبر بكثير من تلك الموجودة في أفضل أجهزة الحواسيب  العملاقة اليوم و يمكن أن يحدث هذا ثورة في مجال الكيمياء الحاسوبية، مما يسمح بتصميم مواد وأدوية جديدة بسرعة ودقة غير مسبوقين ويمكن أن يؤدي أيضًا إلى اختراقات في التعلم الآلي والذكاء الاصطناعي و لا يزال الحاسوب الكمي  في مراحله التنموية المبكرة، لكن لديه القدرة على تغيير العالم كما نعرفه واخذنا الى عوالم اخرى .