شرح الحوسبة الكمومية (مثلك عمرها 5 سنوات)
إن مفهوم "الحوسبة الكمومية" الذي يحدث مؤخرًا الفيروسي - بفضل رئيس وزراء معين - هو مفهوم واحدة من العديد من المناطق المجهولة للعلوم من قبلنا اللمحات غير العلمية.
السبب في أن معظمنا لم يسمع به حتى الآن على الرغم من كونه موجودًا منذ عقود ، هو السبب في معظمه انها نظرية وأولئك الذين كانوا يجربونها في البداية كانت الصمت جدا عن ذلك بسبب الحاجة إلى السرية العسكرية والشركات.
ومع ذلك ، نحن نعلم الآن وجود ميكانيكا الكم والجمع بين الحوسبة وفجأة ، وهذا هو داخل نطاق اهتمام الجميع. إذا كنت لا تعرف جهاز الكمبيوتر الكمي ولكنك لا تريد أن تترك خارج الحلقة ، فاقرأ لتعرف لماذا هو أفضل من أجهزة الكمبيوتر التقليدية التي نعمل معها اليوم.
من أجهزة الكمبيوتر التقليدية وبتات
أجهزة الكمبيوتر هي في معظمها الرقمية الإلكترونية والإرادة التفاعل مع البيانات الممثلة في الأرقام الثنائية المعروف باسم البتات (0 و 1). سواء كانت صورًا أو نصًا أو صوتًا أو أي بيانات أخرى - يتم تخزينها جميعًا بالبت.
جسديا ، يمكن أن تكون الأرقام الثنائية 0 و 1 ممثلة باستخدام أي كيان الدولتين مثل عملة (الرأس والذيل) أو التبديل (أو إيقاف تشغيله). في أجهزة الكمبيوتر ، البتات هي وجود أو عدم وجود الجهد (1 أو 0) ، أو تغيير أو الحفاظ على الاتجاه المغناطيسي في الأقراص الصلبة المغناطيسية.
يتم التعامل مع البيانات عن طريق حساب البتات المخزنة. يتم الحساب عن طريق البوابات المنطقية التي تتكون عادة من الترانزستورات التي تتحكم في مرور الإشارة الإلكترونية. إذا سمحت للإشارة بالمرور ، فهي البتة 1 وإذا تم قطع الإشارة ، فستكون 0.
حدود الترانزستورات
مع الحجم المتناقص باستمرار للرقاقة والعدد المتزايد من المكونات ، يمكن أن تأتي الأجهزة الإلكترونية بملايين الترانزستورات التي يمكن أن تكون أصغر من 7 نانومتر (أصغر 1000 مرة من خلايا الدم الحمراء وأكبر 20 مرة من بعض الذرات).
يمكن أن يستمر حجم الترانزستورات في التقلص ، ولكن في النهاية ، ستصل إلى حد مادي حيث ستنفق الإلكترونات من خلالها فقط لن يكون هناك تحكم في تدفق الإشارة الإلكترونية.
للحاجة المتزايدة للحسابات القوية والأجهزة الأصغر, الحد الأقصى لحجم المكونات الإلكترونية الأساسية هو كبح التقدم. يبحث العلماء عن طرق جديدة لذلك يستغرق وقتا أقل ومساحة لحساب وتخزين البيانات, وإحدى الطرق التي يمكننا استخدامها هي الحوسبة الكمومية.
Qubits ، تراكب والتشابك
تستخدم الحوسبة الكمية البتات بدلاً من البتات لتمثيل البيانات. يتم تمثيل Qubits باستخدام جزيئات الكم مثل الإلكترونات و الفوتونات.
تمتلك الجسيمات الكمومية خصائص مثل الدوران والاستقطاب التي يمكن استخدامها لتمثيل البيانات. على سبيل المثال ، يمكن أن تكون قيمة الدوران الدوراني للأعلى بمقدار 1 و 0.
لكن قوة الحوسبة الكمومية تأتي من حقيقة أنه على عكس البتات إما 1 أو 0, qubits يمكن أن يكون 1 و 0 الوقت ذاته, بسبب خاصية تسمى تراكب, حيث الجزيئات الكمومية في دول متعددة في نفس الوقت.
هذا يزيد من قوة حساب qubit ، لأنه يمكن استخدامه لكل من 1 و 0 أثناء الحساب وفي النهاية ، مرة واحدة قياس, يصبح إما 1 أو 0.
يمكن شرح خاصية التراكب بسهولة من خلال تجربة فكرية شهيرة تم إجراؤها على قطة وهمية من قبل عالم الفيزياء النمساوي شرودنغر.
في العالم الكمومي ، هناك أيضًا خاصية أخرى يمكن استغلالها في الحوسبة تشابك الكم. يشير أساسا إلى خصائص الجسيمات الكمومية التي تتشابك و تصبح معتمدة على بعضها البعض وبالتالي لا يمكن تغييرها بشكل منفصل.
يتصرفون مثل نظام واحد مع الحالة العامة.
دعنا نقول 2 بت الخضوع للتشابك ، إذا تم تغيير حالة واحدة من الكابت ، فإن الآخر سيتغير أيضا. وهذا يؤدي إلى معالجة أو حوسبة متوازية حقيقية يمكن أن تقلل من وقت الحوسبة بشكل ملحوظ مقارنة بأجهزة الكمبيوتر التقليدية.
الصعوبات والاستخدامات
هناك العديد من العقبات العملية التي يجب التغلب عليها من قبل العلماء والمهندسين ، مثل خلق بيئة تسيطر عليها ل qubits و إيجاد طرق لمعالجة ممتلكاتهم, لإنتاج النتيجة المرجوة.
ولكن بمجرد إنشاء أجهزة كمبيوتر كمومية ذات قوة حسابية عالية ، يمكن استخدامها لحل المشكلات التي قد تحدث بطريقة أخرى يستغرق وقتا طويلا جدا أن تكتمل بواسطة أجهزة الكمبيوتر التقليدية.
العثور على العوامل الرئيسية للأعداد الكبيرة ، ومشكلة البائع المتجول لعدد كبير من المدن ، ومشاكل أخرى مماثلة تتطلب عددًا كبيرًا من المقارنات للحصول على نتيجةالصورة. أيضًا ، لا يزال البحث من خلال قواعد البيانات الضخمة عملية تستغرق وقتًا طويلاً حتى بالنسبة لأجهزة الكمبيوتر الرقمية الحالية.
يمكن معالجة هذه المشكلات باستخدام أجهزة الكمبيوتر الكمومية ، والتي يمكنها حل المشكلات التي قد تستغرق قرون في أجهزة الكمبيوتر التقليدية ، في غضون دقائق.
(H / T: IBM)
