شرح الحوسبة الكمومية لرجال الأعمال

تتضمن الحوسبة الكمومية استخدام العديد من الظواهر الكمية لإجراء العمليات الحسابية. واحد من هؤلاء هو التشابك. تساعد هذه الظواهر في تسريع القوة الحسابية بشكل كبير ، وبالتالي نقل الحوسبة إلى المستوى التالي حيث تعمل أجهزة الكمبيوتر الكمومية بسرعات أعلى بكثير من أجهزة الكمبيوتر التقليدية. كما يسمح لهم باستخدام طاقة أقل في إجراء نفس العمليات مثل العمليات التقليدية.

جدول المحتويات

فك الترابط والحوسبة الكمومية

أجهزة الكمبيوتر الكمومية قوية جدًا ، لكنها أيضًا هشة جدًا. عندما تتفاعل الكيوبتات مع بيئتها ، فإنها تتحلل وتختفي في النهاية في عملية تسمى فك الترابط.

ينتج فك الترابط عن مجموعة من العوامل ، بما في ذلك الضوء والحرارة والصوت والاهتزاز والإشعاع وحتى فعل قياس كيوبت نفسه.

بينما تُستخدم الثلاجات فائقة التبريد والغرف المفرغة من الهواء لحماية الكيوبتات من العالم الخارجي ، لا تزال الأخطاء تتسلل إلى الحسابات الكمومية. لم تتقدم التكنولوجيا بعد بشكل كافٍ لإنشاء كمبيوتر كمي مستقر يكون مفيدًا على نطاق واسع.

لماذا الحوسبة الكمومية مهمة؟

لطالما اجتاحت الحاجة إلى المعرفة البشر وهي المحرك الرئيسي للتطورات التكنولوجية. من ما بدأ كمعداد وتحول إلى آلات حاسبة متطورة للاستخدام اليومي ، شهدت أجهزة الكمبيوتر تقدمًا مشابهًا. في غضون ثلاثة عقود ، تغيرت قوى الحوسبة من مجرد خمسة آلاف مشكلة إضافة (ENIAC) إلى ملايين المشاكل المعقدة في غضون ثوانٍ.

لم يعيق هذا التقدم الهائل التقدم الذي ما زال البشر يحلمون بتحقيقه. تحدث التغييرات التكنولوجية دائمًا كلما كانت هناك مشكلة يجب حلها. لم يترك العمل لعقود بعد عقود في المجالات التكنولوجية المختلفة مجالًا كبيرًا للتحسينات. ومع ذلك ، كلما كانت التكنولوجيا الحالية غير قادرة على حل المهام المطروحة ، حاول البشر حل المشكلة بمزيد من التقدم.

إحدى الحالات المماثلة كانت حالة الحوسبة الكمومية. عندما ظهرت التعقيدات ولم تستطع أجهزة الكمبيوتر الكلاسيكية الإجابة على الأسئلة الأساسية ، تم اختراع أجهزة الكمبيوتر الكمومية. ومن ثم ، تبع ذلك حقبة جديدة من التقدم.

فهم الحوسبة الكمومية

تقوم أجهزة الكمبيوتر الحديثة بتشفير المعلومات في وحدات بت تحتوي على ثنائي القيمة. أي أن المعلومات يمكن أن تستغرق فقط القيمة من 1 أو 0.

من ناحية أخرى ، تستخدم أجهزة الكمبيوتر الكمومية جسيمات دون ذرية تسمى بتات الكم (كيوبت). تمتلك Qubits بعض الخصائص الكمومية الغريبة. توفر الكيوبتات المتصلة زيادة كبيرة في قوة المعالجة عند مقارنتها بعدد البتات المكافئ في الكمبيوتر الحديث.

زادت الخصائص الكمومية المسؤولة عن هذا أداء هي:

التراكب - يُعرّف بأنه القدرة على الوجود في حالات متعددة. يمكن أن تمثل Qubits العديد من التركيبات الممكنة من 1 و 0 في وقت واحد. يتيح ذلك لأجهزة الكمبيوتر الكمومية تقييم عدد كبير من النتائج المحتملة بسرعة. بمجرد حساب النتيجة ، تعود الحالة الكمية للكيوبتات إلى حالة ثنائية إما 1 أو 0.
تشابك. يُقال إن الكيوبتات تكون متشابكة عند وجود عضوين من الزوج في حالة كمومية واحدة. بعبارة أخرى ، سيؤدي تغيير حالة أحد الكيوبتات إلى تغيير حالة الآخر على الفور. لا يفهم العلماء كيف ولماذا يحدث التشابك ، لكن إضافة كيوبتات متشابكة إلى كمبيوتر كمي ينتج زيادة أسية في القوة الحسابية.

كيف تعمل الحوسبة الكمومية؟

وكما يوحي اسمها، تتضمن الحوسبة الكمومية استخدام العديد من الظواهر الكمية لإجراء العمليات الحسابية. واحد من هؤلاء هو التشابك. التشابك الكمي هو في الأساس ظاهرة تحدث عندما تتفاعل مجموعة أو زوج من الجسيمات أو تكون على نفس القرب ولكن لا يمكن تحديد حالتها الكمية بشكل مستقل عن بعضها البعض.

وبالمثل ، فإن التراكب هو ظاهرة أخرى تشكل جزءًا من الحوسبة الكمية. ينص التراكب على أنه يمكن إضافة أو "تراكب" أي حالتين كميتين. ستكون النتيجة حالة كمية أخرى. بالطريقة نفسها ، يستلزم هذا أيضًا أن كل حالة كمومية هي مجموع حالات كمومية أخرى يمكن أن تكون في عدد اثنين أو أكثر. تستخدم الحوسبة الكمومية هذه الظواهر لإجراء عمليات حسابية أسرع من أجهزة الكمبيوتر التقليدية مثل تحليل العوامل الصحيحة.

يُقال على نطاق واسع أنه أيًا كانت المشكلات التي تحلها أجهزة الكمبيوتر الكمومية ، يمكن أيضًا حلها بواسطة أجهزة الكمبيوتر الكلاسيكية. بدلاً من ذلك ، يمكن حل أي مشكلة من خلال أجهزة الكمبيوتر الكلاسيكية أيضًا. الفرق الموجود بين الاثنين هو الوقت الذي يستغرقه كلاهما أثناء حل المشكلات. تُعرف هذه الميزة التي تتمتع بها أجهزة الكمبيوتر الكمومية على أجهزة الكمبيوتر الكلاسيكية باسم "التفوق الكمي". تمامًا مثل أجهزة الكمبيوتر الكلاسيكية التي تخزن المعلومات في شكل بتات (0 أو 1) ، تستخدم أجهزة الكمبيوتر الكمومية ما يعرف باسم "كيوبت".

كما ذكرنا من قبل ، فإن استخدام ظواهر مثل التراكب والتشابك في الحواسيب الكمية يمكن أن يسمح للمشاركات دون الذرية في أكثر من حالة واحدة. هذا يعني أنه في نفس الوقت يمكن أن يكون 1 أو 0. هذا يجعل أجهزة الكمبيوتر الكمومية تعمل بسرعات أعلى بكثير من أجهزة الكمبيوتر التقليدية. كما يسمح لهم باستخدام طاقة أقل في إجراء نفس العمليات مثل العمليات التقليدية.

التطبيقات التجارية للحوسبة الكمومية

تحتوي الحوسبة الكمية على مجموعة واسعة من التطبيقات ، مما يجعلها واحدة من أكثر التقنيات إثارة التي نتطلع إليها. في حدود الرعاية الصحية العالمية، لا يمكن استخدامه للأغراض البحثية فقط ولكن للتشخيص والعلاج أيضًا. نظرًا لأن أجهزة الكمبيوتر الكمومية تتمتع بقوة معالجة عالية ، فإنها ستمكن الباحثين من استخدامها لمحاكاة التفاعلات بين البروتينات المختلفة للجينوم البشري والأدوية.

سيسمح لهم ذلك بتقييم الأدوية بناءً على تفاعلاتهم ويمكن أن يؤدي إلى تطورات دوائية. في التشخيص ، يمكن تصنيع أجهزة التصوير بالرنين المغناطيسي للعمل على مستويات أعلى وتقديم تفاصيل أكثر تساعد الأطباء في تحديد المشكلات الطبية. وبالمثل ، يمكن تحسين العلاجات مثل العلاج الإشعاعي بشكل أكبر بسبب استخدام الحوسبة الكمية حيث ستكون قادرة على تحمل عمليات المحاكاة المعقدة وتقديم الإجابات في الوقت المناسب.

في مجال ال يمكن أن يساعد التمويل والحوسبة الكمية في اكتشاف الاحتيال بناءً على التعرف على الأنماط. إلى جانب التعلم الآلي ، يمكن تدريب الشبكات العصبية في الوقت المناسب وبالتالي تحسين معدل الكشف بشكل كبير. من منظور التسويق ، يمكن استخدام الحوسبة الكمية للمعالجة و تحليل كميات كبيرة من البيانات التي يمكن استخدامها لطرح إعلانات مستهدفة للعملاء المحتملين بناءً على سلوكهم.

يمكن القيام بالشيء نفسه من خلال أجهزة الكمبيوتر الكلاسيكية ، ولكن الحوسبة الكمومية لها بالتأكيد ميزة في تقديم خدمة أفضل وفي الوقت المناسب نظرًا لوجود البيانات بكميات كبيرة. يمكن حل مشكلات التحسين ، التي تواجهها الشركات مثل خدمات التوصيل أو ترتيب جداول الرحلات ، باستخدام أجهزة الكمبيوتر الكمومية. له استخدامات في جميع المجالات تقريبًا ، سواء كانت مشاريع عامة أو تطورات في معالجة البيانات. ما يستغرق عادةً وقتًا لا يمكن تصوره يمكن حله من خلال استخدام أجهزة الكمبيوتر الكمومية.

المزايا الرئيسية للحوسبة الكمومية

الميزة الرئيسية التي تمتلكها أجهزة الكمبيوتر الكمومية هي أنها مجهزة لذلك إيجاد الحلول المثلى للمشكلات التي تحتوي على عدد لا نهائي من المتغيرات. نظرًا لقدرتها العالية على المعالجة ، فإن أجهزة الكمبيوتر الكمومية قادرة على تشغيل ملايين عمليات المحاكاة لاختبار أي نظريات قد تكون لدى المستخدمين. هذا يمنحها ميزة مطلقة على الأنظمة الأخرى.

أجهزة الكمبيوتر الكمومية في درجات حرارة شديدة البرودة. درجات الحرارة المطلوبة قريبة من الصفر المطلق. ل لتحقيق درجة الحرارة الباردة هذه ، يجب تبريد الرقاقة. يتم تحقيق ذلك من خلال الهيليوم المسال ، مما يجعل الرقاقة شديدة البرودة. لتحقيق الموصلية الفائقة ، فإن درجات الحرارة المنخفضة هذه ضرورية للحوسبة الكمومية.

تُجرى الأبحاث لجعل الحوسبة الكمومية ممكنة في درجات حرارة أعلى ، ولكن لا يُتوقع حدوث مثل هذا التحسن الكبير في المستقبل القريب.

يتسابق العلماء باستمرار على المطورين لجعل الحوسبة الكمومية ممكنة بالنظر إلى العدد الكبير من التطبيقات التي تنطوي عليها. سيستفيد التعلم الآلي أكثر عندما يتحقق الاستقرار من حيث الحسابات الكمومية. عمالقة التكنولوجيا مثل الستجيل بواسطة جوجل و IBM في سباق مستمر لتحقيق التفوق الكمي ، حيث يتخذ كل منهما خطوات لضمان أن يشهد العالم جهاز كمبيوتر كمي مستقر في السنوات القليلة المقبلة.

ما هو العيب الرئيسي (في الوقت الحالي) للحوسبة الكمومية؟

إحدى المشكلات التي تواجهها أجهزة الكمبيوتر الكمومية هي أي اضطراب في محيط الكمبيوتر. نظرًا لكونها هشة للغاية ، يمكن أن تؤثر الاهتزازات في المناطق المحيطة على الذرات ، وسيحدث فك الترابط. على الرغم من مطالبها الكبيرة ، فإن أجهزة الكمبيوتر الكمومية ستقلل فعليًا من استهلاك الطاقة للعمل. يتم تحقيق ذلك من خلال عملية تعرف باسم "النفق الكمي". الاحتمالات لا حصر لها ، والباحثون في عجلة من أمرهم لتحقيق ذلك.

تطبيقات أخرى محتملة للحوسبة الكمومية

التطبيقات المحتملة للحوسبة الكمومية واسعة بشكل مفهوم. ولكن على المدى القصير ، تتضمن بعض التطبيقات الواعدة ما يلي:

محاكاة سلوك المادة على المستوى الجزيئي. تستخدم فولكس فاجن ودايملر إيه جي أجهزة الكمبيوتر الكمومية لمحاكاة التركيب الكيميائي لبطاريات السيارات الكهربائية. يأمل صانعو السيارات أن تسلط هذه المحاكاة الضوء على طرق جديدة لجعل تكنولوجيا البطاريات أكثر كفاءة. تستخدم شركات الأدوية محاكاة كيميائية مماثلة لتقييم المركبات التي يمكن استخدامها في الأدوية الجديدة.
الاقوي. أحد التطبيقات الواضحة للحوسبة الكمومية هو أي سيناريو يجب فيه تحليل كمية كبيرة من البيانات في الوقت المناسب. تستخدم شركة إيرباص هذه التقنية للمساعدة في تحديد مسارات الصعود والهبوط الأكثر كفاءة في استهلاك الوقود لمجموعة طائراتها. تستخدم فولكس فاجن أيضًا الحوسبة الكمومية لحساب الطرق التي تتجنب الازدحام لسيارات الأجرة في المدن الكبيرة.

الوجبات الرئيسية:

تستخدم الحوسبة الكمومية عناصر ميكانيكا الكم لإنشاء أجهزة كمبيوتر عالية الأداء تحليل كميات كبيرة من البيانات بسرعة.
تعتمد الحوسبة الكمومية على الكيوبتات والخصائص الكمومية للتراكب والتشابك. تقدم Qubits فوائد كبيرة على أجهزة الكمبيوتر الثنائية التقليدية لأنها يمكن أن توجد في حالات متعددة في وقت واحد.
لا تزال الحوسبة الكمومية في مهدها لأن الكيوبتات تميل إلى الانحلال إلى حالة غير كمية عند تعرضها للاضطرابات. ومع ذلك ، يتم استخدامها حاليًا في صناعات النقل والأدوية للقيادة ابتكار و أداء.

الأفكار الرئيسية

الحوسبة الكمومية وقوتها: تستخدم الحوسبة الكمومية الظواهر الكمية ، مثل التشابك ، لتحقيق قوة حسابية أسية وتعمل بسرعات أعلى بطاقة أقل من أجهزة الكمبيوتر الكلاسيكية.
فك الترابط والحوسبة الكمومية: تعد أجهزة الكمبيوتر الكمومية قوية ولكنها حساسة ، حيث يمكن أن تتحلل الكيوبتات وتفقد الاتساق عند التفاعل مع البيئة ، مما يعيق فائدتها الواسعة.
أهمية الحوسبة الكمومية: ظهرت الحوسبة الكمومية لحل المشكلات المعقدة التي لا تستطيع أجهزة الكمبيوتر الكلاسيكية التعامل معها ، مما أدى إلى حقبة جديدة من التقدم التكنولوجي.
فهم الحوسبة الكمومية: تستخدم أجهزة الكمبيوتر الكمومية الكيوبتات ، والجسيمات دون الذرية ذات الخصائص الكمية الفريدة مثل التراكب والتشابك ، مما يتيح المعالجة السريعة والحسابات القوية.
تطبيقات الحوسبة الكمية في مختلف المجالات: تجد الحوسبة الكمومية تطبيقات في الرعاية الصحية لأبحاث الأدوية وتشخيصها ، وكشف الاحتيال في التمويل ، مستهدفة تسويق، ومشكلات تحسين الخدمات اللوجستية والنقل.
المزايا الرئيسية للحوسبة الكمومية: تتفوق أجهزة الكمبيوتر الكمومية في إيجاد الحلول المثلى للمشكلات ذات المتغيرات التي لا حصر لها ، مما يتيح عمليات محاكاة متقدمة وتطبيقات التعلم الآلي.
عيب الحوسبة الكمومية: أجهزة الكمبيوتر الكمومية حساسة للاضطرابات في محيطها ، مما يؤدي إلى فك الترابط ، لكن البحث يهدف إلى تثبيت الحسابات الكمومية.
التطبيقات المحتملة الأخرى للحوسبة الكمية: تستخدم صناعات مثل السيارات والمستحضرات الصيدلانية بالفعل الحوسبة الكمية لمحاكاة البطاريات وأبحاث الأدوية ، ولديها تطبيقات محتملة في عمليات التحسين وحسابات المسار.