رتبها

التقنية التي ستغير شكل العالم!
سلسلة تغريدات عن الحوسبة الكمومية (18 تغريدة)

1️⃣
لطالما سَخَّرت التكنولوجيا الظواهر الطبيعية لأداء مهام مفيدة، ففي القرن الـ١٩، كانت جزيئات الماء عالية الطاقة (البخار) هي المحرك الرئيسي للثورة الصناعية، وفي القرن الـ٢٠، استُخدِمت لصناعة الإلكترونيات، وفي القرن الـ٢١ نعمل من أجل استخدام الخصائص الكمومية في معالجة المعلومات.

2️⃣
لذا من المثير للاهتمام التعرف على هذه التكنولوجيا القادمة عن قرب، وفي هذه السلسلة سأحاول أن أعرض نظرة عامة حول هذه التقنية.
واجهت صعوبة بالغة في محاولة تبسيط الموضوع؛ لشدة تعقيده، لكن أتمنى أني وفقت في ذلك. قبل البدء لا تنسى أن تحضر كوبًا من القهوة أو الشاي واستمتع بالرحلة!

3️⃣
تعريف الحاسوب الكمومي:
بتعريف بسيط: الحواسيب الكمومية هي آلات تستخدم خصائص "الجسيمات دون الذرية" مثل الإلكترونات والنيوترونات لتخزين البيانات ومعالجتها.
أي أنه يشبه الكمبيوتر الكلاسيكي، لكنه يعتمد على سلوكيات الجسيمات الصغيرة جدًا

4️⃣
نبذة تاريخية:
في عام 1981 اقترح فاينمان أن قوة الحوسبة ستتطور بشكل جذري إن أمكن استغلال الظواهر الكمومية في عملياتها، كما أشار الفيزيائي ديفيد دويتش لاحقًا إلى أن كمبيوتر تورينج الكلاسيكي غير قادر على محاكاة الواقع بشكل شامل،فكان لابد من توسيع نظرية تورينج لتشمل ميكانيكا الكم

5️⃣
واقترح دويتش حاسوبًا يعتمد على فيزياء الكم، والذي سيكون له قوى حسابية لا يستطيع كمبيوتر تورينج الكلاسيكي محاكاتها. وكان من بين الذين لعبوا دورًا رئيسيًا في بداية الحوسبة الكمومية هم باول بينيوف، ويوري مانين.

6️⃣
الفرق الأساسي بين الحوسبة الكلاسيكية والحوسبة الكمومية هي الوحدة الأساسية للمعلومات. حيث تستخدم الحواسيب الكمومية الكيوبت (Qubit) كوحدة الأساسية للمعلومات، أما الحواسيب الكلاسيكية تستخدم البِت (Bit)

7️⃣
يكون البت الكلاسيكي أما 0 (مفتوح) أو 1 (مغلق). أما بالنسبة للكيوبت فهو في حالة تراكب من 0 و 1، وبالتالي يأخذ الكيوبت الواحد قيمتين كلاسيكيتين في الوقت نفسه.
بمعنى آخر: يعطي البت الكلاسيكي قيمة واحدة كل مرة، أما الكيوبت فيعطي قيمتين في الوقت نفسه.

8️⃣
مثال: عند وجود ثلاث بتات في كمبيوتر كلاسيكي، يمكن لكل بت تخزين 1 أو 0. يمكن الحصول على 8 قيم محتملة، لكن قيمة واحدة فقط لكل مرة.
أما ثلاثة كيوبت، فيكون كل كيوبت في حالة تراكب بين 1 و 0، لذلك يمكن تخزين كل القيم الثمان المحتملة في وقت واحد!
الصورة توضح المثال السابق:

9️⃣
السر وراء قوة الخوارزميات الكمومية هو استخدام الكيوبت لسلوكيات فيزياء الكم مثل:
- التراكب الكمومي (Superposition)
- التشابك الكمومي (Entanglement)
يصعب شرح مثل هذه الظواهر، لكن سأقدم تعريف مبسط لكلٍ منهما...

1️⃣0️⃣
التراكب (Superposition)
قبل القياس والرصد، تكون الجسيمات في حالة "تراكب"، أي مزيجًا من جميع الحالات الممكنة. بحيث يكون احتمال توجه الجسيمات للأعلى، هو نفس احتمال توجهها للأسفل. وهذا ما يحدث للكيوبت بحيث يكون عدة حالات في الوقت نفسه، أي 0 و 1 في نفس الوقت!

1️⃣1️⃣
التشابك (Entanglement)
هي ظاهرة ارتباط نتائج قياس خواص الجسيمات الكمومية ببعضها البعض. عندما تكون الكيوبتات متشابكة، فإنها تشكل نظامًا واحدًا وتؤثر على بعضها البعض، هذا يعني أنه يمكننا استخدام القياسات من كيوبت واحد لمعرفة قياس كيوبت آخر.

1️⃣2️⃣
مثال لقوة الحوسبة الكمومية:
لو كان لديك مخزن يحتوي على تريليون منتج وتريد إيجاد أحد المنتجات. لنفترض أن كل منتج يحتاج 1 مايكروثانية لفحصه.
ستحتاج عملية البحث على كمبيوتر كلاسيكي لأسبوع، بينما سيجري الكمبيوتر الكمومي هذه العملية خلال ثانية واحدة فقط!

1️⃣3️⃣
لماذا نحتاج الحوسبة الكمومية؟
سوف تساهم الحوسبة الكمومية في عدة قطاعات، مثل:
- تطوير الأدوية واللقاحات.
- نمذجة الإنزيمات.
- مشاكل تغيّر المناخ.
- الأمن السيبراني وتقنية المعلومات.
- الذكاء الاصطناعي.
- السيارات ذاتية القيادة.
- قطاع الطيران.
وغيرها...

1️⃣4️⃣
متى سنحصل عليها؟
من غير المحتمل أن تمتلك رقاقة كمومية في كمبيوتر محمول أو هاتف ذكي، نظرًا لكونها حساسة جدًا، إذ يمكن إخراج كيوبت من حالة "التراكب" بسهولة لذا يجب أن تبقى معزولة عن جميع أشكال التداخل الكهربائي، وتبريدها إلى درجة حرارة قريبة جدًا من الصفر المطلق.

1️⃣5️⃣
سيتم استخدام الحواسيب الكمومية في الغالب من قِبل الأكاديميين والشركات. لكن لا يزال أمامنا فترة ربما تكون طويلة من الزمن حتى نحظى بهذه التقنية بشكل كامل.

1️⃣6️⃣
أين نحن الآن؟
في الوقت الحالي، تمتلك أفضل حاسوب كمومي يحتوي حوالي 50 كيوبت، وهذا يكفي لجعلها قوية بشكل كبير جدًا، لأن كل كيوبت تضيفه يعني زيادة هائلة في سعة المعالجة، لكن لديهم أيضًا معدلات خطأ عالية، بسبب مشاكل التداخل.

1️⃣7️⃣
من يسعى لتطوير هذه التقنية؟
من الشركات الرائدة التي تتسابق من أجل تصدر مجال الحوسبة الكمومية: IBM ، Intel ، Microsoft ، 1Qbit ، Google وغيرها...
تتيح شركة IBM تجربة الحوسبة الكمومية على موقعها:
quantum-computing.ibm.com

quantum-computing.ibm.com/login

1️⃣8️⃣
من الواضح أن الحوسبة الكمومية سيكون لها فوائد كبيرة في جميع أنحاء العالم وعلى كثير من القطاعات المختلفة، لكن يجب الحذر أيضًا من إساءة استخدامها.
أنصح المهتمين بهذه التقنية بحضور كورسات مجانية على منصة Edx أو Coursera أو غيرها.
- المصادر في التغريدة التالية -
*** تمت ***

المصادر:
- ibm.com
- azure.microsoft.com
- google.com
- wired.co.uk
- newscientist.com
- Video on tweet 12 credit: @Abdulaziz_Hmadi

wired.co.uk/article/quantu…