الأحد، 14 يوليو 2019

الحواسيب الكمومية



الحواسيب الكمومية

لا يستطيع أحد اليوم الإستغناء عن هاتفه الذكي أو حاسوبه المحمول، لكن هل فكرتم يوماً بكون الحواسيب الحالية غير كافية لتحقيق الحاجات الحسابية للعالم بسبب وجود بيانات ضخمة ناتجة عن الأبحاث العلمية ونشوء الانترنت؟ بحسب قانون مور Moore's law فإن عدد الترانزستورات الموجود على المعالج الصغير microprocessor سيتضاعف كل سنتين، مما يوصلنا بنهاية المطاف لدارات كهربائي ذات حجم ذري، وفي هذا المستوى فإن قواعد الفيزياء الكلاسيكية لا تعود صالحة بل نجبر على التعامل مع الجسيمات وفق نظرية الكم، ومن هنا نشأت فكرة صنع حواسيب كمومية حيث سيتم استغلال طاقة الذرات والجزيئات لاجراء المهمات الحاسوبية.

ما هي ميكانيكا الكم؟

هي نظرية أساسية في الفيزياء الحديثة حيث تصف الجسيمات متناهية الصغر، وتوفر وصف دقيق للعالم وتصرف الفوتونات والالكترونات والجسيمات الذرية الأخرى. من أهم أسس نظرية الكم هي أن الجسيم له طبيعة مزدوجة؛ فهو يتصرف كجسيم وكموجة بنفس الوقت، وأن مستويات الطاقة والزخم تأخذ قيم محددة.

الحواسيب الكمومية

كما نعلم فإن الحواسيب التقليدية تستخدم النظام الثنائي؛ تستطيعون التفكير بها كلغة مكونة من حرفين فقط 0,1 و bits و bytes الخ، لكن الحواسيب الكمومية تستخدم ما يسمى ب qubits التي تكون 0 أو 1 أو حالة تزاوج بينهما، والتمثيل التقني لها يكون إمت بالكترونات أو أيونات أو ذرات. أول من اقترح فكرة العمل على انتاج حواسيب كمومية هو العالم الفيزيائي ريتشارد فاينمان، حيث اقترح أن الحواسيب الكمومية لديها قدرة على حل مسائل رياضية لا تستطيع الحواسيب التقليدية حلها، وأول من طبقها بشكل عملي هو العالم بول بينوف حيث اعتمد على نظرية تورينغ. لربما شاهدتم فيلم The Imitation Game، الذي يروي قصة هذه الآلة Turing Machine، حيث أنها عبارة عن جهاز نظري طور على يدي آلان تورينغ ويتكون من شريط بطول لا نهائي ومقسم لمربعات صغيرة، وكل مربع يحتفظ بأحد الرمزين 0 أو 1 أو يبقى فارغاً، وتعتبر هذه الرموز والفراغات التعليمات التي ستطبقها الآلة. في الحواسيب الكمومية تستخدم نفس الفكرة، لكن كل مربع قادر على الاحتفاظ بأحد الرمزين 0,1 أو كليهما (حالة تراكب بينهما Superposition) أو يمكنكم التفكير بأنها جميع النقاط الواقعة بين 0,1 . مما يعطي الحواسيب الكمومية أفضلية بأنها تستطيع القيام بأكثر من عملية في الوقت نفسه بينما الحواسيب التقليدية تجري عملية حسابية واحدة في الوقت نفسه. الحواسيب الكمومية ستساعدنا على توفير الطاقة والوقت وتخزين أكبر عدد من المعلومات في ذاكرة أقل. المعيقات الأساسية التي تواجه المهندسين اليوم وتجعل هذه الحواسيب بعيدة المنال هي عدة؛ مثل الDecoherence الذي يعني أنه كلما ازداد عدد ال qubits سيزداد تأثير البيئة الخارجية على النظام، وبالطبع التكلفة وحجم الآلة الكبير يعتبران معيقات فيزيائية كذلك الأمر.

0 comments

إرسال تعليق