الحوسبة الكمية: لعبة حقيقية مبدل

أرصدة الصور: مراجعة متزامنة على متوسط

أصبحت الحوسبة الكمية واحدة من أكثر التقنيات التي تحدثنا عنها على الرغم من عدم وجودها بالكامل حتى الآن.
لقد تطورت التكنولوجيا بشكل كبير في السنوات الأخيرة ، وأصبحت هواتفنا المحمولة أكثر قوة من جهاز الكمبيوتر الذي استخدمته ناسا لوضع الإنسان على سطح القمر وتحسن حالته كل يوم.

في المستقبل القريب ، ستغير أجهزة الكمبيوتر الكمومية عالمنا بشكل كبير.
إذن لماذا يجب أن أدرس حوله اليوم؟ جوابي بسيط ، سيكون تغييرًا كبيرًا للألعاب في عالم الحوسبة كما نعلم ، ويتوقع مختبر أبحاث Microsoft أن تبدأ أجهزة الكمبيوتر الكمومية في استبدال أجهزة الكمبيوتر التقليدية الخاصة بنا في غضون 10-15 سنة. بواسطة أجهزة الكمبيوتر التقليدية ، أعني الأجهزة الإلكترونية مثل أجهزة الكمبيوتر المحمولة والهواتف وغيرها.

في هذه المقالة ، سأحاول الإجابة على 4 أسئلة رئيسية طرحت عند ظهور موضوع الحوسبة الكمومية.
1. ما هو الكمبيوتر الكم؟
2. ما هي المجالات التي ستؤثر أجهزة الكمبيوتر الكمومية على ما نقوم به؟
3. هل الكم الكمبيوترات موجودة اليوم؟
4. ما هي الأدوات المتاحة للحوسبة الكمومية اليوم؟

أود تجنب استخدام بعض المصطلحات الفيزيائية الكبيرة في هذه المقالة ومحاولة شرحها بعبارات بسيطة ، لذلك دعونا نصل إليها.

ما هو الكمبيوتر الكم؟

الحوسبة الكمومية هي الحوسبة باستخدام ظواهر الكم الميكانيكية ، مثل التراكب والتشابك. ويكيبيديا

هذا التعريف أربكني كذلك ، لذلك اسمحوا لي أن أحاول أن أكتبها بكلماتي الخاصة.

لتحديد كمبيوتر الكم ، دعونا أولاً نفهم ما هي أجهزة الكمبيوتر الكلاسيكية. على المستوى الأساسي للغاية ، تستخدم جميع أجهزة الكمبيوتر الكمومية ترانزستور ، ويمكن أن يكون الترانزستور في واحدة من حالتين ؛ في حالة التشغيل أو الإيقاف ، من حيث الكمبيوتر سنقول 1 أو 0 ، فإن معلومات الحالة هذه هي ما نسميه قليلاً (أصغر وحدة معلومات داخل الكمبيوتر). لكي يعمل الكمبيوتر الكلاسيكي ، يجب علينا الجمع بين وحدات البت المختلفة (الموجودة في حالة التشغيل أو إيقاف التشغيل) والترانزستورات معًا. تعني زيادة عدد البتات في الكمبيوتر زيادة في المعلومات التي يمكن للكمبيوتر معالجتها. يتم تجميع الكثير من الترانزستورات لتشكيل ما نسميه رقائق الكمبيوتر ، وهذه تشكل اللبنات الأساسية لأجهزة الكمبيوتر الكلاسيكية كما نعرفها اليوم.

لا تستخدم الحواسب الكمية الشيء كما رأينا أعلاه ، وتعرف الوحدة الأساسية للكمبيوتر الكمومي بالكيبيت وهو شكل قصير للبت الكم. اتبعني عن كثب الآن ، بينما لا يمكن أن يوجد سوى القليل في حالة التشغيل أو إيقاف التشغيل ، يمكن أن يوجد وجود مؤقت في إحدى الحالات وهو: تشغيل أو إيقاف تشغيل أو إيقاف تشغيل أو كليهما. في جوهرها ، يمكن لـ qubit تمثيل أكثر من دولة ومعالجتها في وقت واحد ، مما يجعلها أسرع وأكثر كفاءة.

يقيس متاهة القياس تشاك بيتس

دعونا نفكر في اجتياز متاهة باستخدام مفهوم الكم والحاسوب الكلاسيكي.

عند حل لغز المتاهة باستخدام كمبيوتر كلاسيكي ، تتم إعادة تشغيل الكمبيوتر لمعالجة المعلومات مرة أخرى عندما يصل إلى طريق مسدود ، وذلك لأن البت يمكن أن يوجد فقط في حالة واحدة في وقت معين. توضح الصورة أدناه كيف يمكن للكمبيوتر الكلاسيكي حل لغز المتاهة.

كيف يمكن للكمبيوتر الكلاسيكي حل لغز المتاهة

الكمبيوتر الكم ، من ناحية أخرى ، سوف يحل المتاهة باتباع جميع المسارات الممكنة في نفس الوقت ، وذلك لأن qubit يمكن أن توجد في كل من الدولة وخارجها في نفس الوقت.

كيف يمكن للكمبيوتر الكم حل لغز المتاهة

تتناسب قياسات qubit جيدًا ، وستتطلب قدرة المعالجة 64bit على النمط الكلاسيكي 4 kbit فقط على الجانب الكمي ، وهي مرتفعة جدًا بحيث تعطي 300 kbit حوالي 2 × 10⁹⁰ بت.

ما هي المجالات التي تؤثر فيها الحواسيب الكمومية على ما نفعله؟

ستؤثر أجهزة الكمبيوتر الكمومية على الكثير مما نعرفه في عالم الحوسبة اليوم ، وأود فقط أن أذكر بعضًا منها. لن يتعمق نطاق هذا المقال بالفعل في كيفية حدوث ذلك.

التعلم الآلي: سوف يقوم تطبيق التعلم الآلي الكمومي (QML) بتنفيذ خوارزميات أكثر تعقيدًا مثل تصنيف البيانات ، والتعرف على الأنماط ، والفرز ، والتعرف ، وما إلى ذلك. وستكون مهمة المنظمات المباحث مثل FBI و CIA أسهل كثيرًا لأن أجهزة الكمبيوتر الكمومية ستوفر قوة حوسبية هائلة للمساعدة في الحصول على المعلومات المطلوبة ، هذه مجرد حالة استخدام واحدة.

الأمان والتشفير: يتم ربط المفتاح العام والخاص حسابيًا بحيث يمكن إنتاج مفتاح عام بسهولة باستخدام مفتاح خاص ، لكن العكس يصبح بالغ الصعوبة لدرجة أنه أصبح ميزة أمان. يتيح هذا الاتصال المشفر عبر الإنترنت ، ومن المتوقع أن يتمكن الكمبيوتر الكمي من عكس هذا الإجراء بحيث يمكن باستخدام مفتاح عام إنتاج مفتاح خاص لأنه يمكن البحث عن مجموعات بشكل أسرع بكثير.
قبل أن تسارع إلى إغلاق جميع حساباتك على الإنترنت ، لاحظ أن هناك بحثًا يجري لإصلاح هذا الخرق الكبير المقترح ، ويعرف باسم تشفير ما بعد الكم. هذا من شأنه أن يساعد في تأمين تطبيقاتنا في المستقبل.

أسواق الأسهم / تجارة الفوركس: أتوقع أول مجموعة من الناس باستخدام أجهزة الكمبيوتر الكمومية في سوق الأسهم كسب الكثير من المال ، وهذا لأنه سيكون لديهم الوصول إلى معلومات أكثر دقة مع مساحة صغيرة للأخطاء مع القوة التي تأتي مع الكم أجهزة الكمبيوتر.

كتلة السلسلة: يقول البعض أن أجهزة الكمبيوتر الكمومية ستكون نهاية لتقنية blockchain. أعتقد بصراحة أن هناك احتمال حدوث ذلك ، فقد لا أتمكن من التحدث كثيرًا عن ذلك هنا. يحاول Shaan Ray الإجابة على هذه الأسئلة في مشاركته المتوسطة هنا ، قد ترغب أيضًا في مراجعة هذا المنشور المدهش على المتسلل.

الذكاء الاصطناعي: إذا كنت تعتقد أن الذكاء الاصطناعي قوي مع دماغ حوسبة كلاسيكي ، فقط تخيل إمكانياته باستخدام دماغ الكم.

القائمة لا حصر لها ، يمكن أن نستمر ، وكيف ستؤثر ، الطب ، العلوم والأبحاث ، السوق المالية ، تطوير البرمجيات ، الحوسبة السحابية ، إلخ.

هل توجد أجهزة كمبيوتر كمومية اليوم؟

نعم ، إنهم يفعلون ذلك ، لكنهم ليسوا محسنين بالكامل للاستخدام الشخصي ، فهناك بعض الشركات التي تستخدمها اليوم معظمها لأغراض بحثية. تستخدم شركة ناشئة مثل Rigetti الحوسبة الكمومية لتشغيل خدماتها السحابية.
لم يتم استبعاد الأسماء الكبيرة مثل Google و IBM و Microsoft ، في الواقع ، تمتلك Google جهازًا بحجم 72 كيلوبت (وهو الأكبر في العالم حتى وقت كتابة هذا التقرير.
لكن لا بد لي من القول إن معظم الأعمال التي أنجزت مع أجهزة الكمبيوتر الكمومية هي في طور البحث وأن هذه الشركات تضخ التمويل لتمويل هذا العمل على نطاق الصناعة ، العالم ينتظر معرفة من الذي يحقق أول طفرة كبيرة مع هذه التكنولوجيا.

ما هي الأدوات المتاحة للحوسبة الكمومية اليوم؟

هناك أدوات مختلفة يمكن للمرء استخدامها للبدء في الحوسبة الكمومية اليوم. لدى Regetti مجتمع عبر الإنترنت من الفيزيائيين والمطورين الذين يتعاونون لتطوير البرامج والتطبيقات الكمومية ، وتعد قناة الركود مكانًا رائعًا وقد قابلت عقولًا مشرقة حقًا هناك. عرض تفاصيل مجتمع Regetti هنا.

واحدة من الأدوات الأكثر إثارة للاهتمام المتاحة اليوم هي مجموعة أدوات تطوير برامج Microsoft Quantum ، وهي متوفرة مجانًا وتحتوي على ثلاثة مكونات ؛ لغة البرمجة Q # ومحاكي الكم والبرامج التعليمية والأمثلة والكاتاس.
تم تصميم Q # خصيصًا للحوسبة الكمومية وتتم إدارته بواسطة Microsoft ، وهو يعمل بشكل جيد على الاستوديو المرئي.
يمكن تشغيل محاكي الكم على جهازك المحلي أو على سحابة أزور ، فهو يتيح للمطورين اختبار خوارزميات الكم وتشغيلها وتصحيحها ، ويمكن تنزيلها هنا.

تعتبر برامج Microsoft التعليمية والأمثلة مفتوحة المصدر على GitHub هنا.

آمل أن تكونوا قد وجدت هذه المقالة بصيرة ، شكرا على القراءة.