ما هو الحاسوب الكمي؟

أجهزة الكمبيوتر الكمومية هي آلات تستخدم خصائص فيزياء الكم لتخزين البيانات وإجراء العمليات الحسابية. يمكن أن يكون هذا مجديا للغاية لمهام معينة حيث يمكن أن يتفوقوا بشكل كبير حتى على أفضل أجهزة الكمبيوتر العملاقة لدينا.

تقوم أجهزة الكمبيوتر الكلاسيكية، التي تشمل الهواتف الذكية وأجهزة الكمبيوتر المحمولة، بترميز المعلومات في “بت” ثنائية يمكن أن تكون إما 0 أو 1. في الكمبيوتر الكمومي، تكون الوحدة الأساسية للذاكرة هي بت كمي أو كيوبت.

تصنع الكيوبتات باستخدام أنظمة فيزيائية، مثل دوران الإلكترون أو اتجاه الفوتون. يمكن أن تكون هذه الأنظمة في العديد من الترتيبات المختلفة دفعة واحدة، وهي خاصية تُعرف باسم التراكب الكمومي. يمكن أيضًا ربط الكيوبت ببعضها البعض بشكل لا ينفصم باستخدام ظاهرة تسمى التشابك الكمومي. والنتيجة هي أن سلسلة من الكيوبتات يمكن أن تمثل أشياء مختلفة في وقت واحد.

على سبيل المثال، ثمانية بتات كافية للكمبيوتر الكلاسيكي لتمثيل أي رقم بين 0 و255. لكن ثمانية بتات كافية للحاسوب الكمومي لتمثيل كل رقم بين 0 و255 في نفس الوقت. يكفي بضع مئات من الكيوبتات المتشابكة لتمثيل أعداد أكثر من عدد الذرات في الكون.

خذ دورة فيزياء الكم التي يقودها الخبراء واكتشف المبادئ التي تقوم عليها الفيزياء الحديثة

هذا هو المكان الذي تتفوق فيه أجهزة الكمبيوتر الكمومية على الأجهزة التقليدية. في المواقف التي يوجد فيها عدد كبير من التركيبات الممكنة، يمكن لأجهزة الكمبيوتر الكمومية أن تنظر فيها في وقت واحد. تتضمن الأمثلة محاولة العثور على العوامل الأولية لعدد كبير جدًا أو أفضل طريق بين مكانين.

ومع ذلك، قد يكون هناك أيضًا الكثير من المواقف التي ستظل فيها أجهزة الكمبيوتر الكلاسيكية تتفوق على الأجهزة الكمومية. لذلك قد تكون أجهزة الكمبيوتر في المستقبل مزيجًا من هذين النوعين.

في الوقت الحالي، تعتبر أجهزة الكمبيوتر الكمومية حساسة للغاية: الحرارة والمجالات الكهرومغناطيسية والتصادم مع جزيئات الهواء يمكن أن يتسبب في فقدان الكيوبت لخصائصه الكمومية. هذه العملية، المعروفة باسم فك الترابط الكمي، تتسبب في انهيار النظام، وتحدث بسرعة أكبر كلما زاد عدد الجسيمات المعنية.

تحتاج أجهزة الكمبيوتر الكمومية إلى حماية الكيوبتات من التداخل الخارجي، إما عن طريق عزلها ماديًا، أو إبقائها باردة، أو الانطلاق من خلال نبضات طاقة يتم التحكم فيها بعناية. هناك حاجة إلى كيوبتات إضافية لتصحيح الأخطاء التي تتسلل إلى النظام.