Question

ماذا تعرف عن الحوسبة الكمومية Quantum Computing

Answer 1

- نظرية الكم هي فرع من فروع الفيزياء الذي يتعامل مع عالم الذرات والجزيئات، هذا العالم لا ينطبق عليه قوانين الفيزياء التي نعرفها، سنأخذ مثال بسيط عن شعاع الضوء قد يبدو كأنه مصنوع من جسيمات وقد يبدو أنه عبارة عن موجات من الطاقة حيث يمكن أن يكون جسيم وموجة في نفس الوقت هذا مثال بسيط حتى لا نُبحر في النظريات الفيزيائية ولكن ما علاقة هذا بموضوعنا؟

- فكرة الحوسبة الكمومية تقوم على الاستفادة من القدرات الفائقة للجسيمات الذرية ودون الذرية على الوجود في أكثر من حالة واحدة في أي وقت نظرًا للطريقة التي تتصرف بها أصغر الجسيمات، هذه الميزة يمكن الاستفادة منها في القيام بالعمليات بسرعة أكبر وبطاقة أقل من الحواسيب التقليدية.

- تعتمد الحوسبة الكمومية على "Qubits" وهو اختصار الكوانتم بت Quantum Bits والذي يمكن تخزين الكثير من المعلومات فيه أكثر من 0-1 كما هو الحال في "Bits" التي تعمل بها الحواسيب التقليدية، حيث أن Qubits يمكن أن يكون 0 أو 1 أو 0،1 أو عدد لا نهائي من الأرقام والقيم في حالات متعددة.

- وبما أن الحاسوب الكمي سوف يتمكن من تخزين عدة أرقام في وقت واحد فإنه يستطيع القيام بمعالجة هذه الأرقام مرة واحدة بدلًا من معالجتهم على شكل سلسلة من العمليات المتتالية كما في الحاسوب التقليدي، وهذا هو الفرق بين الحاسوب الكمي والحاسوب التقليدي فهو يمكنه العمل بشكل متواز أي القيام بعدة أعمال في آنٍ واحد، فبينما الحاسوب التقليدي يقوم بعملية حسابية واحدة يقوم الحاسوب الكمي بعمل ملايين العمليات الحسابية في وقت واحد.

متى سيتم إصدار الحواسيب الكمومية؟

- حتى الآن وبالرغم من قيام الكثير من الشركات بتصنيع حواسيب تعتمد على مبادئ الحوسبة الكمية إلا أن كل هذه المنتجات تعتبر أشبه بتجرب عملية لأفكار نظرية فلم يُثبت أي حاسوب من هذه الحواسيب بعد كفائته حيث أن كل واحد منهم يكون لديه عيب ما إما حجمه الضخم أو قصر المدة الزمنية بتخزين البيانات أو غير ذلك.

- لكن هناك محاولات مُتسميتة وأشبه بصراع بين كبرى شركات التكنولوجيا للتفوق في سباق الحواسيب الكمومية وعلى رأسهم شركة جوجل والتي تعهدت بتحقيق ما أطلقت عليه "التفوق الكمي" وهناك أيضًا تجارب ناجحة لشركات أخرى مثل IBM والتي نجحت في صنع Quantum Computer ولكنه عانى من بعض المشاكل في الاستقرار، أيضًا هناك شركة Wave وشركة Rigetti وغيرهم من الشركات التي تحاول التفوق في هذا المجال والذي سيؤدي إلى تغيير العالم التكنولوجي كما عرفناه حتى الآن.

Answer 2

الحساب الكمومي (بالإنجليزية: Quantum computing) هو أي وسيلة تعتمد على مبادئ ميكانيكا الكم وظواهره، مثل حالة التراكب الكمي والتشابك الكمي، للقيام بمعالجة البيانات. في الحواسيب التقليدية، تكون كمية البيانات مقاسة بالبت : أما في الحاسوب الكمي فتقاس كمية البيانات بالكيوبت qubit (اختصارا ل Quantum bits).

Answer 3

الحاسوب التقليدي يعتمد على اليقين والقيم المنفصلة إما 0 وإما 1

الحاسوب الكمي يعتمد على الإحتمالية والقيم المتصلة 0 0.1 0.2 0.3 ........ 1

معني ذلك أنه إذا كان لدينا لونين أصفر وأحمر

فان في الحاسوب التقليدي يكون لديك اختيار واحد فقط من اثنين اصفر أو أحمر

ولكن في الحاسوب الكمي يكون لديك عدد لا نهائي من الاختيارات حسب نسبة كل لون فلو دمجت اللونين بنسبة 50:50 تحصل على لون برتقالي طبيعي ولكن إذا زدت نسبة الأحمر لتصبح 40: 60 سصبح البرتقالي أشد حمرة وهكذا يصبح لدينا عدد لانهائي من الاحتمالات

كيف سنستفيد من هذا؟

على فرض لديك خبرة جيدة في البرمجة ولتبسيط الفكرة،

تخيل إذا كان لدينا عدة ألوان- أزرق، أصفر ، أحمر ولدينا مهمة زيادة شفافية كل لون من الألوان الثلاثة. كيف سنقوم بهذا برمجيا؟

في الحاسوب التقليدي:

سيكون علينا إستدعاء الدالة المسئولة عن زيادة الشفافية ثلاث مرات بهذا الشكل

increase_alpha(bColor)
increase_alpha(yColor)

increase_alpha(rColor)

معني ذلك إن عدد الإستدعاءات يساوي عدد الألوان المطلوب معالجتها أي أن تعقيدها يساوي O(n)

في الحاسوب الكمي: أنت تعرف انه في الرياضيات إذا كان لدينا العبارة

5* 3 + 5 * 2 +  5 * 9 

فهى تعني تطبيق عملية الضرب في 5 على كل رقم على حدة ثم جمع النواتج ويمكننا اختصارها لجمع الأرقام أولا ثم تطبيق الضرب على الناتج

5 * (3 + 2 + 9) = 5* 3 + 5 * 2 +  5 * 9 

في الطرف اليمين لدينا 3 عمليات ضرب + عمليتن جمع وفي الطرف الأيسر لدينا ثلاث عمليات جمع + واحدة فقط ضرب، الطرف الأيسر أسرع وأفضل (تذكر هذه النقطة)

لنعد إلى مهمة الألوان، في الحاسوب الكمي بدلا من زيادة شفافية كل لون على حدة سنقوم بدمج الألوان معا أولا

mixed_color=rColor + bColor+ yColor

ثم نطبق زيادة الشفافية على اللون المُدمج

increase_alpha(mixed_color)

معني ذلك أننا قمنا ضمنيا بزيادة شفافية كل لون عن طريق إستدعاء واحد فقط ولا يهم مهما كانت عدد الألوا أي O(1)، ثم نأتي إلى المرحلة الأخيرة وهي الحصول على اللون بعد زيادة شفافيته من اللون المُدمج ويمكننا القيام بهذا عن طريق الإحتمالات ولكن هذا موضوع أخر

من المهم أن تعرف ان الحاسوب الكمي لا يضيف أي قوة اضافية للحاسوب التقليدي إذا كانت الأوامر البرمجية متسلسلة ولا يمكننا تنفيذها على التوازي