الحوسبة الكمومية

الحوسبة الكمومية Quantum Computing

م. يسري نجم

mag13-5تعدُنا الحَوّسَبة الكُمومِية بأنظمة (َQuantum Systems)  ذات قدرات فائقة بشكل أُسي Exponentially Powerful  بمعنى أن نظاماً كمومياً يحتوى 500 جسيم تكون قدرته الحسابية هي 2 مرفوعة لأس 500 أي 2500 وهذا يعني مزيد من المعالجة المتوازيةParallelism ، فلو تأملنا العدد 2500 فسنجده أكبر بكثير من عدد الجسيمات بالكون المرئي بالنسبة لنا ومن جهة اخرى، يمثل هذا العدد 2500 قيمة أكبر بكثير من عمر هذا الكون بالفيمتو ثانية مما يوحي بالسرعة الفائقة لهذه الأنظمة، ومن هاتين الملاحظتين كانت البداية لعلم الحوسبة الكمومية. وبالتالي كان التفكير بتسخير هذه القدرات الهائلة لحل مشاكل الحوسبة التقليدية Classical Computing وذلك بانتقاء المسائل المناسبة للحل باستخدام هذه الأنظمة، فليست كل المسائل يمكن حلها بها على الأقل حتى الآن ثم تصميم الخوارزميات الكمومية Quantum Algorithms  التي تعمل على الحل. فعلى سبيل المثال – هناك مثالاً شهير لذلك – مسألة تحليل عدد الى عوامله الأولية Factoring، هب أن لدينا عددا صحيحاً N ونريد أن نحلله الى عوامله الأولية مثلا ً هذا النوع من المسائل لا تسطيع الحواسيب العادية حله بسهولة، وقس على ذلك عمليات فك الشفرات المستخدم فيها خوارزمية التشفير الشهيرة RSA . عند بنائنا لنظام حاسب كمومي Quantum  Computer  سنتمكن من حل مثل هذه المسائل التي من الصعب حلها بالحوسبة التقليدية على سبيل المثال، خوارزمية شور الكمومية لتحليل الأعداد الصحيحة الى عواملها الأولية وخوارزميات فشك تشفير RSA تعد من الأمثلة على ذلك، في الواقع تستطيع الخوارزميات الكمومية كسر كافة آليات التشفير باستخدام المفتاح العام  Public-Key Encryption.

mag13-6نخلص مما سبق الى أن الأنظمة الكمومية تمتاز بالسرعة الفائقة والقدرة العالية على المعالجة المتوازية وذلك بشكل يتناسب أُسياً مع عدد الجسيمات المكونة للنظام، وللحصول على هذه الميزات الفائقة يجب أن نختار المسائل الحسابية المناسبة ذات الهيكل الصحيح لتمثيلها بخوارزمية كمومية، فليست كل مسألة لها هذا الهيكل، فالحاسبات الكمومية ليست قادرة على حل كافة أنواع المسائل، وبالتالي فإن لها أيضاً أوجه قصور. حتى نتمكن من تصميم الخوارزميات الكمومية علينا أولاً أن نفهم بعضاً من المبادئ الأساسية لميكانيكا الكم Quantum Mechanics. وهي إحدى فروع علم الفيزياء الحديث وتعتبر نظرية أساسية من نظريات تفسير الطبيعة والمهتمة بتفسير سلوك الجسيمات دون الذرية. ميكانيكا الكم، هي نظرية غير بديهية بشكل كبير وهو ما تؤكده المقولة الشهيرة للفيزيائي الدانمــاركي نيــلز بـور “من لم يُصدم بميكانيكا الكم أثناء دراسته لها، فإنه لم يفهمها جيداً”، ولذا فالحوسبة الكمومية تحتوي جميع المظاهر الغير بديهية لميكانيكا الكم وعليه وحتى تستطيع فهم الحوسبة الكمومية بشكل جيد، يجب عليك أولاً أن تتعرف على مدخل ولو بسيط لميكانيكا الكم والوحدات البائية الأساسية للحوسبة الكمومية مثل الكويبتات Qubits والبوابات الكمومية Quantum Gates بالإضافة إلى التعرض للكثير من التناقضات والصور غير البديهية لميكانيكا الكم.

تعليقات

تعليقات