تساعدنا حوسبة الكمبيوتر على فعل ما لا نريده أو لا يمكننا فعله بشكل أساسي بسبب التعقيد وبسبب احتمال حدوث أخطاء غير طوعية وبسبب الوقت. على سبيل المثال ، رفع عدد إلى الدرجة 128 في العقل.

الغرض واستخدام الكمبيوتر الكم.

ما هو الكمبيوتر الكم؟

أقوى كمبيوتر الكم (QC) هو - أو بالأحرى ، سيكون - آلية مختلفة تماما ، تختلف عن كل شيء تم إنشاؤه من قبل الإنسان. تبدو أقوى الخوادم اليوم جزءًا صغيرًا مما يمكن للكمبيوتر الكمومي القيام به في نهاية المطاف.

بعبارات بسيطة ، فإن الهدف من البحث في مجال الحوسبة الكمومية هو اكتشاف وسائل تسريع تنفيذ تعليمات الموجة الطويلة. سيكون من الخطأ القول أن CC تدير برامج أسرع من جهاز كمبيوتر شخصي أو خادم x86. يعد "البرنامج" الخاص بمراقبة الجودة هو أمر ترميز مختلف تمامًا عن أي وقت مضى بالنسبة للمعالج الثنائي. بعد ولادة أجهزة الكمبيوتر ، تم إجراء حسابات مادية معقدة ، والتي ساعدت الولايات المتحدة في الأربعينيات من القرن الماضي على صنع قنبلة ذرية. بعد اختراع الترانزستور ، تم تقليل أبعاد هذه الأنظمة بشكل كبير. ثم جاءت فكرة المعالجات المتوازية التي تعمل على المهام في وقت واحد.

الحوسبة الكمومية هي مجرد الخطوة التالية. هناك الكثير من المشكلات التي تتطلبها أجهزة الكمبيوتر الحديثة وقتًا طويلاً لحلها ، على سبيل المثال ، حل نظام خطي من المعادلات ، وتحسين المعلمات لمتجهات الدعم ، وإيجاد أقصر طريق من خلال قسم اعتباطي أو البحث في القائمة غير المهيكلة. هذه مشكلات مجردة إلى حد كبير الآن ، ولكن إذا كنت تعرف القليل عن الخوارزميات أو البرمجة ، فيمكنك معرفة مدى فائدة ذلك. على سبيل المثال ، تم اختراع معالجات الرسومات (GPUs) لغرض وحيد هو تقديم مثلثات ثم دمجها في عالم ثنائي أو ثلاثي الأبعاد. والآن نفيديا هي شركة بمليارات الدولارات. هل هناك أي تقنيات للحوسبة الكمومية أو بعض مشتقاتها التاريخية ، والتي يجدها الناس الآن مفيدة؟ بمعنى آخر ، ما الذي يفعله الكم فعلاً ولمن يخدم مباشرة؟

ما هو الكم الحاسوب ل؟

الملاحة. هذا هو واحد من التطبيقات الرئيسية لأجهزة الكمبيوتر الكم. لا يمكن لنظام GPS العمل في أي مكان على هذا الكوكب ، لا سيما تحت الماء. QC يتطلب أن الذرات فائق التبريد وتعلق في حالة تجعلها حساسة بشكل خاص. في محاولة للاستفادة من هذا ، تسعى الفرق المتنافسة من العلماء إلى تطوير نوع من التسارع الكمي يمكن أن يوفر بيانات حركة دقيقة للغاية. أهم المساهمات في تطوير الصناعة هي المختبر الفرنسي للضوئيات وعلم النانو. مثال حي على ذلك هو محاولة لإنشاء مكون هجين يجمع مقياس التسارع مع مقياس كلاسيكي ثم يستخدم مرشح تمرير عالي لطرح البيانات الكلاسيكية من البيانات الكمية. ستكون النتيجة ، في حالة تنفيذها ، بوصلة دقيقة للغاية تقضي على النزوح والانجراف لعامل المقياس ، المرتبط عادة بالمكونات الجيروسكوبية.

الزلازل. يمكن استخدام نفس الحساسية القصوى للكشف عن وجود رواسب النفط والغاز ، وكذلك النشاط الزلزالي المحتمل في الأماكن التي لم يتم فيها استخدام أجهزة الاستشعار التقليدية. في يوليو 2017 ، أوضح QuantIC كيف يكتشف مقياس الجاذبية الكمومية وجود أشياء مخفية بعمق عن طريق قياس التذبذبات في مجال الجاذبية. إذا تم تصنيع مثل هذا الجهاز ليس فقط عمليًا ، ولكن أيضًا محمولًا ، يعتقد الفريق أنه يمكن أن يصبح لا يقدر بثمن في نظام الإنذار المبكر للتنبؤ بالأحداث الزلزالية وموجات التسونامي. الصيدلة. في المقدمة توجد أبحاث في مكافحة الأمراض مثل مرض الزهايمر والتصلب المتعدد. يستخدم العلماء برنامجًا يحاكي سلوك الأجسام المضادة الاصطناعية على المستوى الجزيئي.

الفيزياء. هذا هو في الواقع سبب وجود هذا المفهوم. خلال خطابه في عام 1981 في جامعة كاليفورنيا للتكنولوجيا ، اقترح الأستاذ ريتشارد فاينمان ، والد الديناميكا الكهربائية الكمية (QED) ، أن الطريقة الوحيدة لبناء محاكاة ناجحة للعالم المادي على مستوى الكم هي آلة تطيع قوانين الفيزياء والميكانيكا الكمومية. وشرح البروفيسور فاينمان خلال هذا الخطاب ، وأدركت بقية العالم أنه لن يكون كافياً لجهاز الكمبيوتر لإنشاء جدول الاحتمالات وكيفية تدوير النرد. علاوة على ذلك ، للحصول على نتائج لا يسميها الفيزيائيون أنفسهم ملفق ، سيتطلب آلية تتصرف في نفس السياق مثل السلوك الذي كان ينوي تقليده.

تعلم الآلة. النظرية الرئيسية للداعمين هي أن هذه الأنظمة يمكن تكييفها "لدراسة" أنماط الحالة في موجات متوازية ضخمة ، وليس في عمليات المسح المتعاقبة. يمكن أن تصف الرياضيات العادية مجموعة من النتائج المحتملة في شكل متجهات في مساحة التكوين البرية. فك التشفير. هنا ، أخيرًا ، هو الإنجاز الذي ألقى الضوء الساطع الأول على مثل هذه الحسابات. ما يجعل رموز التشفير معقدة للغاية ، حتى بالنسبة لأجهزة الكمبيوتر الكلاسيكية الحديثة ، أنها تستند إلى عدد كبير للغاية من العوامل التي تتطلب قدراً كبيراً من الوقت للتخمين من خلال طريقة المطابقة. يجب على QC العامل عزل هذه العوامل وتحديدها في غضون دقائق ، مما يجعل نظام تشفير RSA عتيقًا على نحو فعال.

التشفير. يعطي المفهوم ، الذي يطلق عليه توزيع المفاتيح الكمومية (QKD) ، أملاً نظريًا بأن أنواع المفاتيح العامة والخاصة التي نستخدمها اليوم لتشفير الرسائل يمكن استبدالها بمفاتيح تخضع لتأثيرات التشابك. من الناحية النظرية ، فإن أي طرف ثالث قام بتكسير المفتاح وحاول قراءة الرسالة سيدمر الرسالة فورًا للجميع. بالطبع ، هذا قد يكون كافيا. لكن نظرية QKD تستند إلى افتراض ضخم لم يتم اختباره في العالم الحقيقي: أن القيم التي تم الحصول عليها بمساعدة qubits متشابكة هي نفسها متشابكة وتخضع للآثار أينما ذهبت.

ما هو الفرق بين الكمبيوتر الكمومي والكمبيوتر العادي؟

يقوم الكمبيوتر الكلاسيكي بإجراء العمليات الحسابية باستخدام وحدات البت التي تبلغ 0 ("متوقف") و 1 ("تشغيل"). ويستخدم الترانزستورات لمعالجة المعلومات في شكل تسلسل من الأصفار وما يسمى لغات الكمبيوتر الثنائية. المزيد من الترانزستورات ، المزيد من خيارات المعالجة - هذا هو الفرق الرئيسي. يستخدم QC قوانين ميكانيكا الكم. تماما مثل الكمبيوتر الكلاسيكي الذي يستخدم الأصفار وغيرها. يمكن الوصول إلى هذه الحالات في جزيئات بسبب زخمها الزاوي الداخلي ، يسمى الدوران. يمكن تمثيل حالتين 0 و 1 في الجسيمات الخلفية. على سبيل المثال ، يمثل دوران عقارب الساعة 1 ، ويمثل عكس اتجاه عقارب الساعة 0. ميزة استخدام QC هي أن الجسيم يمكن أن يكون في عدة حالات في نفس الوقت. وتسمى هذه الظاهرة التراكب. بسبب هذه الظاهرة ، يمكن أن تصل QC في نفس الوقت إلى الحالة 0 و 1. وهكذا ، في الكمبيوتر الكلاسيكي ، يتم التعبير عن المعلومات من حيث رقم واحد 0 أو 1. QC تستخدم المخرجات الموصوفة على أنها 0 و 1 في نفس الوقت ، مما يعطي قوة حسابية أكبر.

كيف الكمبيوتر الكم

الحوسبة الكمية هي الحوسبة باستخدام الظواهر الميكانيكية الكم مثل التراكب والتشابك. QC هو الجهاز الذي يؤدي الحوسبة الكمومية ويتكون من المعالجات الدقيقة. يختلف هذا الكمبيوتر تمامًا عن أجهزة الكمبيوتر الإلكترونية الرقمية الثنائية القائمة على الترانزستورات والمكثفات. في حين تتطلب الحسابات الرقمية التقليدية تشفير البيانات في أرقام ثنائية (بت) ، كل منها دائمًا في واحدة من حالتين محددتين (0 أو 1) ، يستخدم الحساب الكمومي بتات أو بتات يمكن أن تكون في تراكب. يعد جهاز آلة Turing الكمومية نموذجًا نظريًا لمثل هذا الكمبيوتر ويعرف أيضًا باسم QC العالمي. بدأ مجال الحوسبة الكمومية أعمال بول بينيوف ويوري مانين في عام 1980 ، وريتشارد فاينمان في عام 1982 ، وديفيد دويتش في عام 1985.

مبدأ الكمبيوتر الكم

منذ عام 2018 ، لا يزال مبدأ تشغيل أجهزة الكمبيوتر الكمومية في مراحله الأولى ، ولكن أجريت تجارب أجريت فيها عمليات حسابية كمومية مع عدد صغير جدًا من البتات الكمومية. يجري البحث العملي والنظري على حد سواء ، وتقوم العديد من الحكومات الوطنية والوكالات العسكرية بتمويل الأبحاث حول الحوسبة الكمومية في جهود إضافية لتطوير أجهزة الكمبيوتر الكمومية لأهداف الأمن المدني والتجاري والتجاري والبيئي والوطني ، مثل تحليل التشفير. من الناحية النظرية ، يمكن لأجهزة الكمبيوتر الكمومية أن تعمل على حل بعض المشكلات بشكل أسرع بكثير من أي أجهزة كمبيوتر كلاسيكية تستخدم حتى أفضل الخوارزميات حتى الآن ، مثل تحليل عدد صحيح باستخدام خوارزمية Shore (وهي خوارزمية كمية) ونمذجة مجموعة الكم من هيئات النظام.

هناك إجراءات كمية ، مثل خوارزمية سيمون ، تعمل بشكل أسرع من أي خوارزمية كلاسيكية احتمالية محتملة. يمكن للحاسوب الكلاسيكي من حيث المبدأ (مع الموارد الأسية) أن يصوغ خوارزمية كمومية ، لأن الحوسبة الكمومية لا تنتهك أطروحة تورنج. من ناحية أخرى ، قد تتمكن أجهزة الكمبيوتر الكمومية من حل المشاكل غير الممكنة عملياً على أجهزة الكمبيوتر الكلاسيكية بشكل فعال.