-
على مر التاريخ، تكونت التقنية البشرية من
-
أدمغتنا، النار، والعصيّ الحادة.
-
بالرغم من أن النار والعصي الحادة تحولت
إلى
محطات كهرباء وأسلحة نووية
-
التحديث الأكبر كان لأدمغتنا
-
منذ ستينات القرن الماضي، قدراتنا
الذهنية أخذت بالتضاعف
-
مما سمح للكمبيوترات بأن تصبح
أصغر وأقوى في الوقت ذاته.
-
ولكن هذه العملية مقبلة على
حدودها الفيزيائية
-
أجزاء الحاسب الآلي تكاد تصبح بحجم الذرة
-
لإيضاح لماذا تعتبر هذه مشكلة، يجب
توضيح بعض الأساسيات.
-
الحاسب الآلي مبني من أجزاء بسيطة
جدًا تقوم بأشياء بسيطة جدًا،
-
تمثيل البيانات، إمكانية معالجتها
، وآليات التحكم.
-
شرائح الحاسبات تحتوي على وحدات
-
والتي بدورها تحتوي على بوابات، وتحتوي
تلك البوابات على "مقاحل"
-
المقحل (مقاوم النقل) هو أبسط أشكال
معالجات البيانات في الكمبيوترات
-
بشكل أبسط، هو مفتاح من الممكن
أي يفتح أو يغلق
-
الطريق على المعلومات المارة.
-
هذه المعلومات مكونة من وحدات تدعى
Bits والتي يمكن أن تكون أحد القيميتين صفر أو واحد
-
سلسلة من هذه الوحدات (Bits) تستخدم
لتمثيل معلومات أكثر تعقيدًا
-
المقاحل (مقاومات النقل) تعمل سوية لتمثل
بوابات منطقية، والتي تقوم بأشياء بسيطة جدًا.
-
مثلًا، مخرجات البوابة المنطقية "وَ" تكون
1 في حالة جميع كانت المدخلات 1
-
في أي حالة أخرى يكون المخرج 0
-
مجموعات البوابات المنطقية
تشكل الوحدات نافعة
-
مثلًا، لإضافة عددين
-
متى ما استطعت الجمع، ستتمكن من
الضرب، ومتى ما تمكنت من الضرب،
-
ستتمكن من فعل أي شيء
-
وبما أن جميع العمليات الأساسية
أسهل من رياضيات الصف الأول،
-
يمكنك تخيل الكمبيوتر كمجموعة
من الأطفال بعمر السابعة
-
يقومون بالإجابة على أسئلة
الرياضيات الأساسية
-
عدد كافٍ منهم سيتمكن من حساب
أي شيء، من الفيزياء الفلكية لزيلدا.
-
وبما أن الأجزاء أصبحت أصغر وأصغر،
-
الفيزياء الكمية جعلت الأشياء أكثر تعقيدًا.
-
بشكل مختصر، المقحل هو مفتاح كهربائي.
-
الكهرباء هي إلكترونات تتحرك من مكان لآخر،
-
فالمفتاح هو ممر قادر على منع
الإلكترونات من التحرك في اتجاه واحد.
-
اليوم، الحجم المعتاد لمقحل
ما هو 14 نانومتر،
-
أي أقل من قطر فيروس الاتش آي في بثمان مرات
-
وأقل ب 500 مرة من خلية دم حمراء.
-
بينما تصغر المقاحل لتصبح
بحجم عدد قليل من الذرات،
-
قد تقوم الإلكترونات بتحريك
نفسها إلى الجزء المغلق من الممر
-
عن طريق عملية تدعى "النفق الكمي".
-
في العالم الكمي، الفيزياء
تعمل بشكل مختلف تمامًا
-
عن الشكل القابل للتوقع
الذي اعتدنا عليه
-
فلذلك الكمبيوترات التقليدية
لا تصبح منطقية هنا.
-
نحن نقترب من عائق فيزيائي
حقيقي لتطورنا التقني.
-
ولحل هذه المشكلة، يحاول العلماء أن
-
يستخدموا تلك الخصائص
الكمية الغريبة لصالحهم
-
عن طريق بناء كمبيوترات كمية.
-
في الكمبيوترات العادية، ال Bits
هي أصغر الوحدات لتمثيل المعلومات.
-
الكمبيوترات الكمية تستخدم الـ Qubits
والتي يمكن أن تحمل واحدة من قيمتين
-
ال Qubit يمكن أن يكون أي
نظام كمي ثنائي المستوى،
-
كدورة في حقل مغناطيسي أو كفوتون منفرد.
-
الصفر والواحد هما الحالتين
الممكنة لهذا النظام،
-
كالاستقطاب العمودي أو الأفقي للفوتون.
-
في العالم الكمي، لا يجب على ال Qubit
أن يكون في حالة واحدة فقط من هاتين الحالتين:
-
بل يمكن أي يكون في كلا
الحالتين بنسب متفاوتة.
-
ويسمى هذا المفهوم بـ "مبدأ التراكب"
-
ولكن متى ما قمت بالتحقق من القيمة،
مثلًا عن طريق إرسال الفوتون من خلال فلتر،
-
فيجب عليه أن يقرر ما إذا كان
استقطابه عموديًا أو أفقيًا.
-
إذن، وطالما أنه لم يتم التحقق منه،
فإن ال Qubit سيكون خاضعًا لمبدأ التراكب
-
فيما يتعلق بالصفر والواحد فلا يمكن
التنبؤ بما ستكون الحالة عليه.
-
ولكن متى ما قمت بالتحقق منه،
فسيتحول تلقائيًا لإحدى الحالات.
-
مبدأ التراكب سيغير كل شيء.
-
أربعة Bits تقليدية يمكن أن تكون
في واحدة من 2 مرفوعة للقوة الرابعة
-
تراتيب مختلفة في أي وقت معطى
-
أي 16 ترتيب محتمل يمكنك
أن تختار واحد منها فقط.
-
ولكن، أربعة Qubits في مبدأ التراكب،
-
قادرة على أن تكون في جميع
الترايب ال 16 في نفس الوقت
-
ويتزايد الرقم بشكل تضاعفي
مع كل Qubit إضافي.
-
20 Qubit قادرة على تخزين
مليون قيمة بشكل متوازٍ.
-
كما أن هناك خاصية غريبة
وغير بديهية لل Qubits
-
هي "التشابك"، وهي رابط قوي يجعل كل Qubit
-
يتفاعل مع التغير في حالة
ال Qubit الآخر بشكل لحظي،
-
مهما بلغت المسافة بينهما.
-
ذلك يعني أنه بالتحقق من حالة
Qubit متشابك واحد،
-
يمكن حساب خصائص ال Qubit المتشابكة
معه بشكل مباشر دون الحاجة للتحقق منها.
-
التلاعب بال Qubit عملية مدهشة أيضًا.
-
البوابة المنطقية العادية، تستقبل
مجموعة بسيطة من المدخلات
-
وتُنتج مُخرجًا محددًا واحدًا.
-
البوابات الكمية، تستقبل مدخلات متراكبة،
-
ثم تقوم بتدوير الاحتمالات، وتنتج
مخرج متراكب.
-
إذن، الكمبيوتر الكمي يقوم بإنشاء Qubits، ثم يقوم
بتمريرها عبر البوابات الكمية لتتشابك
-
وللحصول على الاحتمالات، ليقوم
أخيرًا بالتحقق من المخرج،
-
معيدًا المتراكبات إلى سلسلة
من الأصفار والواحدات.
-
وذلك يعني أنك تحصل على
جميع الحسابات الممكنة
-
بناء على مدخلاتك دفعة واحدة بنفس الوقت.
-
في النهاية، يمكنك أن تقيس أحد النتائج
-
ويحتمل أن تكون الوحيدة التي تريدها أنت،
-
ولذلك ربما ستضطر لإعادة التحقق
والتجربة مرة أخرى.
-
ولكن باستغلال التراكب والتشابك بشكل ذكي،
-
قد يكون ذلك أكثر كفاءة بأضعاف
-
مما سيكون ممكنًا بكمبيوتر
حالي على الإطلاق.
-
إذن، ورغم أن الكمبيوترات الكمية
لن تحل محل كمبيوتراتنا المنزلية،
-
إلا أنها ستكون أكثر كفاءة بشكل
كبير في جوانب أخرى.
-
أحد هذه الجوانب هي البحث
في قواعد البيانات.
-
لإيجاد شيء ما في قاعدة بيانات،
-
قد يضطر الكمبيوتر العادي لاختبار كل
واحدة من البيانات المدخلة.
-
الكمبيوترات الكمية تحتاج مدة مساوية للجذر
التربيعي للوقت الذي يحتاجه الكمبيوتر العادي
-
وذلك يمثل فارق شاسع جدًا بالنسبة
لقواعد البيانات الكبيرة
-
الاستخدام الأكثر شيوعًا للكمبيوترات الكمية
، هو تخريب أمن تقنية المعلومات
-
حاليًا، تصفحك للإنترنت، والبريد الإلكتروني،
والبيانات البنكية
-
يتم تأمينها عن طريق نظام تشفير،
بحيث تعطي الآخرين
-
مفتاح عام، لفك شفرة رسائل
أنت فقط يمكنك تشفيرها.
-
المشكلة هي أن هذا المفتاح العام
من الممكن أن يستخدم
-
لحساب مفتاحك الخاص السري.
-
لحسن الحظ، القيام بالحسابات الضرورية
لذلك على كمبيوتر عادي
-
سيستغرق - حرفيًا - سنوات من
التجربة والخطأ.
-
ولكن الكمبيوتر الكمي، ذو السرعات المضاعفة
-
سيتمكن من القيام بها بلحظات.
-
استخدام آخر شيّق للكمبيوترات
الكمية هو في المحاكاة
-
المحاكاة للعالم الكمي ثقيلة
جدًا على الموارد
-
وحتى في البنى الأكبر مثل الجزيئات
-
غالباً تفتقد للدقة
-
إذا لماذا لا تتم محاكاة الفيزياء الكمومية
مع الفيزياء الكمومية الحقيقة؟
-
المحاكي الكمي يمكن أن يوفر رؤى جديدة
على البروتينات
-
مما يساهم في ثورة في الطب
-
الآن لا نعلم إذا كانت
الحواسيب الكمومية ستكون
-
فقط أداة متخصصة أو ثورة بشرية ضخمة
-
ليس لدينا فكرة ما هي حدود التكنولوجيا
-
وهناك طريقة واحدة لمعرفة ذلك!
-
هذا الفيديو برعاية الأكاديمية الأسترالية
للعلوم
-
والتي ترعى وتشجع التفوق في العلم
-
لمعرفة أكبر عن هذا الموضوع
ومواضيع آخرى على
-
-
العمل معهم كان دفعة قوية لنا،
قم بزيارة موقعهم
-
فيديوهاتنا أصبحت موجودة بفضل دعمكم على
Patreon.com
-
إذا أردت أن تدعمنا وتكون جزء من فريق
Kurzgesagt
-
قم بزيارة صفحتنا على Patreon
