3 أشياء تحتاج لمعرفتها حول أجهزة الكمبيوتر الكمومية، من خبير

تصور كمبيوتر الكم. هل تتخيل جهاز كمبيوتر عاديًا، ولكنه أفضل بطريقة أو بأخرى؟ إذا كان الأمر كذلك، فسيكون ذلك خطأً، لأن أجهزة الكمبيوتر الكمومية مختلفة جوهريًا. وهي تعتمد على ظواهر كمومية غريبة تحدث بين الأجزاء المكونة لها، والمعروفة باسم الكيوبتات، لكن طبيعتها الغريبة غالبًا ما تدعو إلى الأساطير والمفاهيم الخاطئة. خبير الحوسبة الكمومية شايان مجيدي في جامعة هارفارد، المؤلف الرئيسي لكتاب بناء أجهزة الكمبيوتر الكمومية، هنا لتحصل على السرعة.

1. أجهزة الكمبيوتر الكمومية موجودة بالفعل

كنت على متن رحلة جوية وسألني راكب آخر: “متى سيكون لدينا بالفعل أجهزة كمبيوتر كمومية؟” لكنها موجودة ونستخدمها يوميا! يستخدمها العلماء في جميع أنحاء العالم، وقد جعلتها بعض الشركات متاحة للعامة حتى يتمكن الأشخاص الذين يجلسون في منازلهم من الوصول إلى أجهزة الكمبيوتر الكمومية واستخدامها.

ومع ذلك، فإن أجهزة الكمبيوتر الكمومية ليست مشابهة بعد لنماذج اللغات الكبيرة، حيث يمكنك فقط فتح الكمبيوتر المحمول الخاص بك واستخدامه طوال الوقت. إنها لا تزال أجهزة أكثر تخصصًا، وهناك نطاق واسع في كيفية استخدام الأشخاص لها. التجريبيون الذين يعملون على تحسين أجهزة الكمبيوتر الكمومية يعملون عليها كل يوم. في الواقع، يستخدم العديد من الباحثين أجهزة الكمبيوتر الكمومية لبناء اللبنات الأساسية لأجهزة الكمبيوتر الكمومية واسعة النطاق في المستقبل. أو أننا نستخدمها لاستكشاف أسئلة علمية أساسية جدًا.

نحن في قمة موجة من توضيح كيفية استخدام أجهزة الكمبيوتر الكمومية لأشياء لا تستطيع أجهزة الكمبيوتر التقليدية القيام بها. لن أتفاجأ إذا قمت في غضون خمس أو عشر سنوات بتوجيه الطلاب الذين يصلون بشكل روتيني إلى أجهزة الكمبيوتر الكمومية عبر السحابة، ويجرون دائمًا بعض التجارب من هذا القبيل.

2. لن تجعل أجهزة الكمبيوتر الكمومية كل العمليات الحسابية أسهل

المفهوم الخاطئ هنا هو أن أجهزة الكمبيوتر الكمومية ستكون ببساطة أجهزة كمبيوتر أفضل وأسرع، وستجعل أجهزة الكمبيوتر الكلاسيكية قديمة الطراز. لكن أجهزة الكمبيوتر الكمومية ليست أسرع بشكل عام، وأحب أن أصفها بقدرات مختلفة بدلاً من ذلك. وهذا يعني أنها توفر عمليات تسريع مفيدة فقط لمشاكل محددة جدًا.

هناك مثالان مشهوران لمثل هذه المشكلات، وهما تحليل الأعداد الكبيرة بشكل أسرع من أي خوارزمية كلاسيكية معروفة، وهو أمر مهم لكسر التشفير، وكذلك البحث بشكل أسرع من خلال البيانات غير المنظمة. بالإضافة إلى ذلك، هناك مشاكل مثل محاكاة الأنظمة الكمومية، ومهام أخذ العينات، وبعض مشاكل التحسين، وبعض مشاكل الجبر الخطي في ظل افتراضات محددة للغاية.

لذا، فإن ميزة أجهزة الكمبيوتر الكمومية لا تأتي من السرعة الأولية، ولكنها تأتي من خوارزميات كمومية مصممة بشكل جراحي للغاية. تستغل هذه الخوارزميات التراكب والتداخل والتشابك، وكل هذه التأثيرات الكمومية بطبيعتها، ويحدث استخدامها لتناسب فئة ضيقة جدًا من المشكلات.

ولكن خارج هذه الحالات، إلى حد كبير بالنسبة لأي شيء مثل تصفح الويب، وإرسال الرسائل النصية، وممارسة الألعاب، لا يقدم الكمبيوتر الكمي أي ميزة تتجاوز ما يمكن أن يفعله الكمبيوتر المحمول. هناك فئة من المشاكل التي نعتقد أنها سهلة كميًا وصعبة كلاسيكيًا، وهذه هي المشكلات التي نرغب في حلها باستخدام الكمبيوتر الكمي. تلك التي كانت سهلة كلاسيكيًا، هي بالفعل سهلة كلاسيكيًا، لذلك دعونا لا نستخدم حواسيبنا الكمومية عليها، سيكون ذلك مجرد مضيعة كبيرة للوقت والموارد.

3. الكمبيوتر الكمي لا يعادل الكثير من أجهزة الكمبيوتر الكلاسيكية التي تعمل في وقت واحد

أجد أن الناس غالبًا ما يكون لديهم هذه الصورة في أذهانهم بأن أجهزة الكمبيوتر الكمومية تحاول كل الحسابات مرة واحدة، لأن الكيوبتات الخاصة بها يمكن وضعها في حالات تراكب خاصة، ولهذا السبب فهي أكثر قوة بشكل عام. تعني حالة التراكب أن الكيوبت موجود في مزيج من الصفر والواحد في وقت واحد. وهذا صحيح أيضًا إذا كان لديك ن الكيوبتات، سيتم وصف حالتها الكمومية بأضعاف مضاعفة، أو 2^ن خيارات. لكن أسطورة التوازي اللانهائي تنهار لأنك لا تستطيع في الواقع قراءة تلك المعلومات. لا يمكنك في الواقع قراءة العديد من الإجابات بشكل كبير. في اللحظة التي تقوم فيها بقياس حالة الكيوبتات، فإنها تنهار إلى قيمة واحدة عادية وكلاسيكية.

لذا، فإن القصة الحقيقية أكثر دقة بكثير. يمكن للكمبيوتر الكمي أن يقدم العديد من الإجابات، ونحن نصمم خوارزميات لتضخيم الإجابات الصحيحة، وقمع الإجابات الخاطئة. تأخذ الخوارزميات الجيدة حقًا كل هذه الخيارات المتراكبة وتجعلها بحيث عندما يتم القياس النهائي، فإن الإجابة الصحيحة هي تلك التي تظهر.