الاحصاء الكمية
الكمبيوتر الحديث
كما رأينا في الموضوع السابق ، فإن الجزء الأساسي من الكمبيوتر هو المعالج وأكثر فأكثر مع زيادة التكنولوجيا والهندسة في مجال الحوسبة ، أصبحت المعالجات أصغر وأسرع ومع ذلك فإن التحديات يجب أن تستمر هذه نفس العملية يعد تقليل السعة وزيادتها التحدي الأكبر اليوم.
كانت فكرة الكمبيوتر الكمومي أحد البدائل التي جاءت لحل هذه المشكلة. وما هو الحاسوب الكمومي؟ ما الذي يجعله مختلفًا عن الكمبيوتر الكلاسيكي (كمبيوتر مشترك)؟
الفرق الرئيسي بين CQ (الكمبيوتر الكمومي) و CC (الكمبيوتر العام) هو طريقة المعالجة. مثله؟! كما رأينا من قبل ونحن بالفعل على دراية بمصطلح "الكم" هو أن CQ لن يعمل ببساطة مع التيارات الكهربائية ولكنه سيعمل بالضبط مع الذرات (البروتونات والإلكترونات ، إلخ)!
لذيذ 😂! أعتقد أن البعض يجب أن يسألوا أنفسهم بالفعل ... "يا إلهي! لماذا ؟!" "لا أفهم شيئًا أكثر" ، يبدو أن الأمور لا تصبح أبسط مع تقدمنا في موضوع MQ هذا ، لكن لا تيأس! بقدر ما يخيف الموضوع البعض ويثير اهتمام الآخرين ، فهذا هو الجزء الممتع من تعلم ودراسة موضوع معين. إنه فهم ورؤية تطبيقك!
نظرًا لأن وظيفة هذا الموقع هي تحويل MQ إلى شيء "أسهل" للجمهور ، فهذا ليس المكان الذي سينتهي فيه هذا المخطط. خذ نفسًا عميقًا وسنشرح لك خطوة بخطوة بأبسط طريقة ممكنة.
الطريقة التي تعمل بها CC هي مع "البتات" (0 و 1) وتسلسل هذه الأرقام بالتناوب أو عدم توليد جميع المعلومات التي نحتاجها للاستفادة من الكمبيوتر أو أي جهاز إلكتروني أنه. ليس مختلفًا تمامًا ، سيستخدم CQ شكلًا مشابهًا من وحدات البت ، ولكنه يستخدم نموذجًا أكثر تعقيدًا و "قابلاً للتحسين" تمامًا ، مشهور "Qubit" (بت الكم).
Qubit ليس أكثر من تراكب الثنائيات (0 و 1) ، تذكر ما قلناه عن تراكب الأمواج في موضوع MQ؟ ثم! هذا هو بالضبط كيف سيعالج CQ المعلومات. لمن ما يزال أنه عائمًا ، لا يعمل CQ ببساطة عن طريق قياس ما إذا كان يحتوي على تيار (1) أو إذا لم يكن له تيار (0) ولكنه يقوم بمعالجته من خلال الحالات الفيزيائية "الكمية" التي يتم قياسها من خلال خاصية المادة الأولية ، وخاصة الإلكترونات ، والتي هو يسمى "Spin" ، أي أن CQ لا يعالج المعلومات بـ 1 أو 0 ولكن بدلاً من 1 و 0 في نفس الوقت ، لذلك (تراكب).
على عكس CC الذي يقيس بت واحد في كل مرة ، فهو إما الرقم 1 أو 0 ، وليس كلاهما في نفس الوقت. من خلال القيام بذلك ، تزداد إمكانية المعالجة أضعافًا مضاعفة للمشكلات والمهام المعقدة للغاية التي تتطلب قدرًا كبيرًا جدًا من العمليات الحسابية والعديد من العمليات ، وبالتالي لإيجاد هذه الحلول الممكنة المختلفة في جزء من الثانية. سيعطيك مقطعا الفيديو أدناه فكرة أوضح عن كيفية عمل ذلك في الممارسة العملية. ملاحظة: قم بتشغيل الترجمة!
كيفية إنشاء ملف Qubit
كيف تصنع حاسوب كمومي
الرياضيات خلف الحاسوب الكمومي
باختصار ، يتعامل الكمبيوتر مع الجسيمات الأولية. والطريقة التي نتحكم بها في هذه الجسيمات الأولية تسمح لنا بإجراء حسابات معقدة تتطلب عدة خطوات في غضون ساعات أو دقائق. يُطلق على إنتاج هذه المعلومات على المستوى الذري اسم Qubit ويتم إنتاجه عن طريق التحكم في خاصية جوهرية للإلكترون ، كما هو موضح في الفيديو الأول.
التلاعب بهذا يتم التدوير بغمر هذا الجسيم في مجال كهرومغناطيسي ، حيث يصدر هذا المجال ترددًا يسمى تردد الطنين. إن تردد الرنين ليس أكثر من تطبيق اهتزاز مشابه للاهتزاز الطبيعي لمادة أو جسيم معين ، وعندما يصل هذا التردد إلى الجسم المستهدف ، فإنه سيجعله متحمسًا (يزيد طاقته) ويبدأ في الاهتزاز في الوضع العادي. الذي نريده.
الشيء المثير للاهتمام في القيام بذلك مع الإلكترون هو أننا نتسبب في تراكب الحالات كما هو موضح في الفيديو الثاني ، تسمح CC فقط للبتات بأن تكون في 0 و 1 فقط ، Qubit هو "طي النسيان" يمكنه أن يكون فيه القيم الوسيطة بين هاتين القيمتين مثل (0،1؛ 0.59 ؛ 0.90 ، إلخ ...). يسمح ذلك ، من خلال برنامج مصمم لمراقبة الجودة ، بتفسير نتائج أكثر تعقيدًا وشمولية في وقت أقل مقارنةً بأجهزة الكمبيوتر التقليدية.
كما رأينا في الفيديو الثاني ، Qubits على سبيل المثال | 01> ؛ | 10> عندما يتم فرضها ، ستعرض حالاتها في جزء صغير من الوقت ، أي أن تناوب هذه القيم يختلف وفقًا لمرور الوقت ، لذلك ، يعد CQ أيضًا نظامًا "هشًا" للغاية لأن أي اختلاف خارجي في هذا النظام يمكن أن يعدل المعلومات تمامًا ، وليس فقط وجود العوامل الخارجية ولكن أيضًا الوقت الذي تبقى فيه هذه الحالات حتى يتم قياسها يكون سريعًا للغاية ، مما يجعل القياس العملية هي أيضا تحديا.
وفي حال لم تكن قد لاحظت بوضوح في الفيديوهات السابقة فلابد أنك تتساءل ... "تا! كمبيوتر فائق السرعة يتحكم في اهتزازات الإلكترون لإجراء حسابات معقدة ... فما هو إذن؟ ما مدى عملية كل هذا؟ هل يعمل هذا الكمبيوتر الفائق فقط في إجراء عمليات حسابية معقدة؟
الاجابة القصيرة هي نعم و لا! إن ميزة الحصول على CQ هي في الواقع بسبب قدرتها على جعل الحسابات أفضل بكثير مقارنة بـ CC ، ولكن في هذه الميزة تحديدًا توجد مجالات معينة من المعرفة العلمية التي تنطوي على العديد من المتغيرات ، ومشاكل واسعة النطاق مع العديد من الاحتمالات التي يتعين حلها ، سيقوم CQ بهذه المهمة في غضون دقائق.
هناك عدة أمثلة لتطبيق هذا النوع من الحسابات لحل المشكلات ، مثل التنبؤ بالطقس. إن المتغيرات لفهم الغلاف الجوي للأرض كثيرة جدًا لدرجة أنه عندما نلاحظ في الأخبار أن الجريدة تعلن عن احتمالية هطول أمطار وليس مؤكدًا أبدًا ، فهناك فرصة بنسبة 30٪ لهطول الأمطار في ساو باولو ، في مثل هذا اليوم وكما في الواقع نحن لقد جربته بالفعل ، بقدر ما تقول الصحيفة إنها ستمطر في يوم واحد ، فربما لن تمطر حقًا.
لماذا يحدث ذلك؟! ببساطة بسبب تعقيد نظام الغلاف الجوي ، وهذا التعقيد هو في كمية العوامل التي تؤثر على الغلاف الجوي لتسبب ، على سبيل المثال ، المطر ، سواء كان ذلك ضغطًا جويًا ، أو درجة حرارة في منطقة معينة ، أو كثافة الهواء ، أو رطوبة الهواء ، أو الضغط الاختلافات في المناطق الأخرى التي تؤثر على المنطقة التي يتم قياسها فيها ، وما إلى ذلك. تُحدث المنازل العشرية فرقًا في مثل هذه العمليات الحسابية فلكية ، وكلما زادت المنازل العشرية ، كلما قل هامش الخطأ في التنبؤ بالظواهر الديناميكية مثل الطقس.
مدهش أليس كذلك ؟! الآن مع كل هذه المعلومات التي تم نقلها إليك ، قد تسأل نفسك "تا! هل ستصبح جميع أجهزة الكمبيوتر في المستقبل كمومية؟" الجواب هو أننا لا نعرف ولا يمكننا قول أي شيء بعد. كما ذكرنا سابقًا في بعض مقاطع الفيديو ، لا تحل CQ محل أجهزة الكمبيوتر التي لدينا اليوم تمامًا ، ولكن من المضمون أنه بالنسبة للمهام المحددة التي ذكرناها بالفعل ، تتمتع CQ بأداء أعلى بشكل يبعث على السخرية من CC ، لذا فإن CQ هي في الواقع التالي تطور الحوسبة وكل ما يصاحبها. كما ذكرنا أيضًا حول التشفير ، في المستقبل غير البعيد ، كل شيء نعتبره حاليًا محميًا بواسطة أنظمة مشفرة سيكون مهددًا بواسطة CQ ، ولكن كما هو موضح في فيديو Nerdologia ، يتم بالفعل إجراء دراسات حول التشفير الكمي ، على وجه التحديد لتزويد هذا الخرق الأمني بهذا النوع الجديد من الحوسبة.
عملية الاتصال أيضًا عندما يتم تصنيع CQ على نطاق واسع ، فإن الطريقة التي يتبادلون بها المعلومات مع بعضهم البعض ستكون مختلفة تمامًا عن الاتصال الحالي ، باستخدام الفوتونات (الضوء) ونتيجة لنظرية الكم المسماة "التشابك الكمومي" أو " التشابك الكمي ". بالطبع ، المفهوم الرسمي بعيد المنال تمامًا وليس الأمر متروكًا لنا لفهمه تمامًا الآن وهنا ، ولكن الفكرة هي أنه عند وجود جزيئين الهياكل دون الذرية قريبة جدًا من بعضها البعض ، وخصائصها متصلة (ليس معروفًا بعد كيف ولماذا يحدث هذا) ، ولكن هذه الظاهرة تم اختبارها بالفعل عدة مرات وتم إثباتها تجريبياً (في مقاطع فيديو إضافية ستكون هناك مقاطع فيديو تشرحها بشكل أفضل) .
على سبيل المثال ، لنأخذ جسيمًا أوليًا نسميه P1 وآخر P2 ، عندما نجمع هذين الجسيمين معًا ، ترتبط خصائصهما ، لفهم التشابك كمومي ، دعنا نفصل هذين الجسيمين على مسافة كبيرة جدًا ، فلنأخذ P2 ونضعه على سطح نبتون على سبيل المثال ، (مسافة نبتون من الأرض تقريبًا. 4،504،300،000 كم). وفقًا لنظرية التشابك هذه ، إذا قمنا بإجراء أي تغيير على الجسيم P1 الذي بقي معنا على الأرض والذي يرتبط بطريقة غير معروفة بجسيم P2 على نبتون ، فإن هذا الجسيم P2 سيستجيب مع التأثير المعاكس. فورا! أي أن هذه الظاهرة تجاهلت على ما يبدو نظرية النسبية التي تقول أن السرعة المحددة في الكون هي سرعة الضوء (300000 كم / ثانية). لهذا السبب أطلق على هذا مبتكر نظرية النسبية ألبرت أينشتاين ظاهرة مثل (Ghostly Action Ranged). تذكر أنه على الرغم من أن هذه الظاهرة قد أثبتت صحتها بالفعل من خلال التجارب ، إلا أنها لا تبطل نظرية النسبية. فقط نحن نتعامل مع ظواهر ذات أبعاد مختلفة للغاية ، حيث لا تنطبق نظرية النسبية.
تطبيق هذا على الاتصال بين أجهزة الكمبيوتر مثل الإنترنت كما نعرفها اليوم ، هناك فرصة إذا كنت لا تستخدم اتصالاً آمنًا من a شخص ما يتجسس ويتطفل على كل محادثاتك ومعلوماتك واستخدامك للإنترنت. الآن بالنسبة لـ CQ ، يمكن إجراء الاتصال بهذه الفوتونات المتشابكة. وفقًا للنظرية ، فإن أي ضوضاء (أو وكيل خارجي يريد التدخل ، كما هو الحال في سياق الاتصال والإنترنت) تكون المعلومات مختلطة تمامًا ولا يمكن التعرف عليها ، وحتى إذا لم يتم القضاء عليها ، لهذا السبب يمكن أن تكون مراقبة الجودة هي التالية توليد أجهزة كمبيوتر أكثر أمانًا ونزاهة من حيث الخصوصية مع معلوماتهم وبالنسبة لبعض الخبراء نظام غير قابل للانتهاك تقريبًا.
حتى الآن ، من المأمول أن تكون قد فهمت ، أيها القارئ ، تأثير نظرية الكم على مجتمعنا الحالي ، فنحن نعتمد عليها باستمرار وتوجد تطبيقاتها في أكثر مجالات المعرفة تنوعًا ، سواء هندسة المواد أو الكيمياء أو الهندسة الكيميائية ، الهندسة العسكرية ، الطب ، صناعة الأدوية ، من بين العديد من الأمثلة الأخرى حيث يتم تطبيقها على نطاق واسع. ما هو متوقع أنت في نهاية هذه المادة التعليمية هو أن تكون قد فهمت العملية برمتها بناء نظرية الكم ، وفهم الأفكار والنظريات الرئيسية وراء هذه الظواهر وفهم بالطبع أين تنطبق ، وربما تكون على الأقل قد أثارت اهتمامك بالموضوع ، لأن من يدري ، في المستقبل غير البعيد ، ستكون الشخص الوحيد من سيكتشف النظرية التالية التي ستهز المفاهيم العلمية للعلم الحديث ؟!