ما هي الحوسبة الكمومية؟

تستفيد مبادئ الحوسبة الكمومية من ميكانيك الكم، أحد أبرز فروع الفيزياء، وخاصة من سلوك الجسيمات التي هي أصغر من الذرات كالإلكترونات والفوتونات. وهذا هو السبب في نسبة (الكمومية) إلى (الحوسبة).

تمكِّن الحوسبة الكمومية من بناء بنيانات حوسبة ذات قدرات هائلة؛ فعوضًا عن معالجة المعلومات باستعمال البتات الثنائية القيمة (الصفر أو الواحد)، تَستعمل الحواسيب الكمومية البتات الكمومية qubits التي تعتمد على مبدأ التراكب superposition والتشابك entanglement وتتعامل مع عدة حالات في الوقت نفسه. إذ يمكن للبتِّ الكموميِّ أن يكون صفرًا وواحدًا في الوقت ذاته، ويمكن برمجة البتات الكمومية لتتغير حسب حالات بتٍّ كموميٍّ آخر. وهذا يؤدي إلى زيادة سعات خزن الحواسيب الكمومية زيادةً تفوق بكثير سعات خزن النظم الثنائية، إضافة إلى زيادة سرعات المعالجة زيادةً تفوق بكثير سرعات الحواسيب التقليدية، وذلك لأنها تنجز عددًا كبيرًا من الحسابات بخطوات قليلة نسبيًّا. على سبيل المثال، يتطلب البحث عن رقم هاتف في جدول يتضمن 10 ملايين مدخل خمسةَ ملايين عملية بحث وسطيًّا، على حين أن خوارزمية البحث الكمومية لا تتطلب سوى ألف عملية؛ أي إن الحواسيب الكمومية أسرع من الحواسيب التقليدية بخمسة آلاف مرة في هذا التطبيق.

غير أن ثمة مشكلة في البتات الكمومية وهي أنها تعمل في درجات حرارة منخفضة جدًّا تقع في جوار الصفر المطلق. وقد تمكَّن العلماء منذ عهد قريب من بناء حواسيب كمومية بسيطة، وبدأنا نسمع بالحوسبة الكمومية والاتصالات الكمومية والمحسَّات الكمومية والتصوير الكمومي، وبدأنا نشهد تطبيقات لها خارج المختبرات صارت منتجات تجارية؛ ففي عام 2016م أطلقت شركة IBM خدمة سحابية تمكِّن من حلِّ مسائل على حواسيب كمومية بخمسة بتات كمومية 5 qubits، ثم أطلقت حاسوبًا بـ 20 qubits، وأعلنت أنها تطوِّر حاسوبًا بـ 50 qubits (مع أن هذا الأخير لا يحتفظ بحالته أكثر من 90 ملي ثانية). وفي عام 2018م أطلقت غوغل حاسوبًا كموميًّا بـ 72 qubits. وتسوِّق شركة D-wave technology الكندية حواسيب كمومية بآلاف البتات الكمومية. وأعلنت شركة إنتل أنها تصنِّع جذاذات كمومية quantum chips من السليكيون.

وقد اشترت بعض الشركات حواسيب كمومية من D-wave (ارتفاعها 10 أقدام وتتضمن 2000 qubits، بخمسة عشر مليون دولار أمريكي) موجهة لحل مسائل في الأمثَلة (من قبيل: تحديد أفضل مسار نقل، والاستراتيجيات التجارية، وحلول إدارة سلاسل التوريد supply chain management).

ومن المتوقع أن يؤدي ظهور الحواسيب الكمومية إلى إقصاء خوارزميات التعمية الحالية وجعلها خارج الخدمة، وذلك لأن تحليل الأعداد الكبيرة إلى عوامل أولية (الذي هو أساس أمان معظم خوارزميات التعمية الحالية) سيكون غاية في السهولة باستعمال الحواسيب الكمومية، خلافًا للحواسيب التقليدية الضخمة التي تعجز عن القيام بذلك. يضاف إلى ذلك التطبيقات العديدة التي تنجزها الحواسيب الكمومية في مجال الكيمياء والربوتيك والتجارة والأمن وغيرها.

هذا وتسعى الصين إلى أن يكون لها دور ريادي في الحوسبة الكمومية، أما بريطانيا والاتحاد الأوروبي فقد أطلقوا استراتيجيات وطنية للحوسبة الكمومية، وأما الولايات المتحدة فإنها تنفق قرابة 200 مليون دولار سنويًّا لتمويل أبحاث نظرية وتطبيقية في مجال الحوسبة الكمومية.

عن الموقع www.itif.org

Itif: information technology and innovation foundation