حول الحوسبة الكمومية:
الحوسبة الكمومية هي تقنية حديثة من الحوسبة تشبه كتابة كود لغة التجميع أو توصيل بتات كمومية مفردة معاً في دوائر من خلال بوابات منطقية كمومية. تشبه الحواسيب الكلاسيكيّة حيث تبدأ برامجها بتهيئة البتات الكمية الفردية على السطر بصفر وواحد ثم إجراء العمليات ثمَّ إعادة الإخراج.
تعمل الحواسيب الكمومية على الآحاد والأصفار، لكن البتات الكموميّة لها حالة ثالثة تسمّى التَّراكب ليسمح لها بتمثيل واحد أو صفر في نفس الوقت. لا يعمل الحاسوب الكمومي مع الأصفار بنفس الطريقة التي تعمل بها الحواسيب التقليدية بتات وبايت إنّما يعمل مع شيء آخر يسمّى الكيوبتات.
لا يستطيع الباحثين نسخ حالة كيوبت واحد، لكنّهم يستطيعون توسيعها لتشمل كيوبتات أخرى عبر اتصال كمي غامض يطلق عليه التّشابك. فرغم أنّه قد تكون حالة للكيوبت 0 و 1 بحسب نظريّة الكم، فلا يستطيع المجربون قياس الحالة ثنائية الاتجاه دون انهيارها ثانية إلى 0 أو 1. ميكانيكياً الكم، أي أخطاء في الكيوبت تعتبر مزيج من أخطاء قلب البت، بحيث يتم تبديل 0 و 1 بمقدار 1، وأخطاء انعكاس الطور أي يتم عكس الطور بمقدار 180 درجة. قد يسبّب فك الترابط إلى إجراء قياس على كيوبت خارج الترتيب، ممّا يسبّب انهيار كيوبت إلى بتات كلاسيكية إمّا 0 معيّن أو 1 معيّن.
أي أنَّ الكيوبتات عكس البتات فقد تأخذ عدة قيم في نفس الوقت، كما تستطيع إجراء حسابات لا يستطيع الكمبيوتر العادي القيام بها. أي يتمّ تسجيل البيانات وتخزينها بشكل مختلف باستخدام المعلومات غير الثنائية، تعكس الكيوبتات بدل البتات الثنائية، أي تعدد الحالات في العالم الكمي.
مبدأ عمل الحواسيب الكمومية:
مع بوابات دائرة كمومية تناظرية كموميّة لدائرة كهربائية كلاسيكيّة كما تستطيع استخدام الكيوبتات عدة مدخلات؛ فقد يكون الناتج تراكباً لحالات أحد الأشكال القليلة، التّي تمثّل كرة مقسّمة إلى قيم رياضية وتشمل:
الأعداد المركبة: يستخدم الحاسوب الكمي التّشابك بين الكيوبت واحتمالات التّراكب المرتبطة بها لتنفيذ سلسلة من العمليات تدعى خوارزمية كمومية، بشكل يزيد عن بعض الاحتمالات أي احتمالات الإجابات الصحيحة، بينما تنقص أخرى إلى الصفر أي الإجابات غير الصحيحة.
يجب أن تبقى الكيوبتات معزولة تماماً بحيث يتم التحكم بها فقط من خلال هذه القواعد الكمية، دون أن تتأثر بالعوامل البيئية. وتعدّ عملية حساسة من السمات الهامة لهذه القواعد الكمية هي حساسة جدّاً للتداخل الخارجي. إذ يبذل قدر كبير من العمل للتأكد أنَّ بتّ يجب ألا تتداخل مع الأجزاء الأخرى على تلك الشريحة، بالتالي يجب حماية الكيوبتات من البيئة فهي تدمر الحالات الكمية الدقيقة اللازمة للحساب.
ببساطة هي فك الترابط أي التفاعلات غير المرغوب فيها بين الحاسوب الكمي ومحيطه من الحقول الكهربائية القريبة، والأشياء الدافئة وغير ذلك من الأشياء التي قد تسجل المعلومات على كيوبتات الكمبيوتر الكمي.
الفرق بين الحاسوب العادي والحاسوب الكمي:
يتقدم الحاسوب الكمي بسرعة ويهدد بتعطيل عدد من الصناعات، نظراً لميزاته فقد تستطيع الحوسبة الكمومية معالجة أنواع معينة من المشكلات خاصة التي تنطوي على عدد هائل من المتغيرات والنتائج المحتملة كمحاكاة التفاعلات الدوائية، تحسين الخدمات اللوجستية لسلسلة التوريد.
لكن رغم أن االحوسبة الكمومية قد تتفوق على الحوسبة التقليدية لكن يصعب بناؤها، بالتالي قد يكون معالجة معظم عمليات المعالجة اليومية أفضل بواسطة الحواسيب التقليدية حتى عندما تبدأ الحواسيب الكمومية القوية بالظهور.
بالتالي يكمن الفرق بين الحوسبة التقليدية والحوسبة الكمومية في عدة نقاط قد تتجلى في بينية كل منها وكيفية عملها وميزات وعيوب كل منهما نناقش ذلك أدناه.
الفرق بين الحوسبة التقليدية والحوسبة الكمومية من حيث مبدأ عملها:
تعتمد الحوسبة التقليدية على الظاهرة الكلاسيكية التي تتجلى بأن الدوائر الكهربائية ستكون في حالة واحدة في لحظة معينة إما التشغيل أو الإيقاف. في حين تعتمد الحوسبة الكمومية على ظاهرة ميكانيكا الكم كالتراكب والتشابك بحيث قد تكون فيها الدارة في أكثر من حالة في اللحظة الواحدة.
- يعتمد تخزين المعلومات ومعالجتها في الحوسبة التقليدية على “بت” التي تعتمد على الجهد أو الشحن بحيث يمثل المنخفض 0 والعالي في حين يعتمد تخزين المعلومات ومعالجتها في الحوسبة الكمومية على بت الكم أو “كيوبت” التي تعتمد على دوران الإلكترون أو استقطاب فوتون واحد.
- يخضع سلوك الدائرة في الحوسبة التقليدية للفيزياء الكلاسيكية، في حين يخضع سلوك الدائرة في الحوسبة الكمومية لفيزياء الكم أو ميكانيكا الكم.
- تستخدم الحوسبة التقليدية الرموز الثنائية أي بت 0 أو 1 لتمثيل المعلومات، في حين تستخدم الحوسبة الكمومية Qubits أي 0 ، 1 وحالة التراكب لكل من 0 و 1 لتمثيل المعلومات.
- تعد ترانزستورات CMOS هي اللبنات الأساسية لأجهزة الكمبيوتر التقليدية، في حين أن جهاز التداخل الكمي فائق التوصيل أو الترانزستورات الكمية أو الحبار هي اللبنات الأساسية للحوسبة الكمومية.
- تعالج البيانات في الحوسبة التقليدية في وحدة المعالجة المركزية والتي تتكون من وحدة الحساب والمنطق (ALU)، وسجلات المعالج ووحدة التحكم. في حين تعالج البيانات في الحوسبة الكمومية في وحدة المعالجة الكمية أو QPU والتي تتكون من عدد من الكيوبتات المترابطة.
- السرعة مقيدة في الفيزياء الكلاسيكية بالتالي قد تؤدي الحوسبة الكمومية بعض العمليات الحسابية بشكل أسرع من أجهزة الكمبيوتر التقليدية.
الفرق بين الحوسبة التقليدية والحوسبة الكمومية من حيث الميزات:
تتجلى مزايا الحوسبة التقليدية:
- راسخة وتستخدم على نطاق واسع في عدة تطبيقات.
- فعالة من حيث التكلفة ومتاحة لعدة مستخدمين لكونها لا تحتاج أجهزة متخصصة.
- سريع لأنواع معينة من المشاكل يمكن تقسيمها بسهولة إلى خطوات متسلسلة وللمشكلات التي لا تتضمن أعدادًا كبيرة من المتغيرات.
- حتمية ففي ظل نفس المدخلات يكون الناتج نفسه دائمًا.
على الجانب الآخر فإن مزايا الحوسبة الكمومية:
- المعالجة المتوازية الهائلة تمكنها من إجراء معالجة متوازية ضخمة قد توفر حلولًا أسرع لأنواع معينة من المشكلات.
- فعال لأنواع معينة من المشاكل قد تنطوي على أعداد كبيرة من المتغيرات أو العلاقات المعقدة.
- غير حتمية بالتالي تستطيع استكشاف عدة حلول محتملة في نفس الوقت.
الفرق بين الحوسبة التقليدية والحوسبة الكمومية من حيث العيوب:
تتجلى عيوب الحوسبة التقليدية:
- معالجة متوازية محدودة مما يحد من أدائها لأنواع معينة من المشاكل.
- غير فعال لأنواع معينة من المشاكل قد تنطوي على أعداد كبيرة من المتغيرات أو العلاقات المعقدة.
- مقيدة بالفيزياء الكلاسيكية مما يجعل أنواعًا معينة من المشكلات مستحيلة الحل أو صعبة جداً.
على الجانب الآخر فإن عيوب الحوسبة الكمومية:
- تتطلب أجهزة متخصصة كالمعدات المبردة للحفاظ على الكيوبتات في درجات حرارة منخفضة وإلكترونيات تحكم متخصصة للتعامل مع الكيوبتات.
- الحوسبة الكمية باهظة الثمن كونها تحتاج أجهزة وخبرات متخصصة.
- قابلية التطبيق المحدود لكونها عالية التخصص بالتالي تناسب أنواع محددة من المشاكل.
- الهشاشة والحساسية للاضطرابات الخارجية بالتالي قد تسبب أخطاء في العمليات الحسابية.
في الختام:
الجدير بالذكر أنه يجادل المحترفين بأن الحوسبة الكمومية ستحقق سرعتها باستخدام الكيوبتات لتجربة كافة الحلول الممكنة في التراكب في نفس الوقت أو بالتوازي. حيث تتخذ الخوارزميات الكمومية نهجًا جديدًا لحل أنواع المشكلات الصعبة: فهي تولد مساحة متعددة الأبعاد إذ تظهر أنماط تربط نقاط البيانات الفردية.
