نحن نعيش في عصر تكنولوجي ، ومع ذلك لا يزال هناك الكثير في المستقبل. في السنوات الأخيرة ، اتخذت الشركات الضخمة قفزات طفيفة ولكنها مهمة في مجال الحوسبة الكمومية ، والتي يبدو أنها مهيأة لتغيير العالم كما نعرفه. الاستخدامات المحتملة المدرجة أدناه سيكون لها تأثير على كل شيء من التنقل إلى الرعاية الصحية. مثلما يمكن للأفراد رؤية بعض تطبيقات اليوم لأجهزة الكمبيوتر الكلاسيكية والتقنيات ذات الصلة في الخمسينيات من القرن الماضي ، قد نتفاجأ من التطبيقات التي ظهرت لأجهزة الكمبيوتر الكمومية. في هذه المدونة ، ستتعرف على كل شيء عن الحوسبة الكمية وكيفية عملها ، وأفضل الأسهم التي يمكنك شراؤها بما في ذلك Google أو IBM.
ما هي الحوسبة الكمومية؟
الحوسبة الكمومية هي مجال متعدد التخصصات يجمع بين علوم الكمبيوتر والفيزياء والرياضيات لمعالجة المشكلات المعقدة بشكل أسرع من أجهزة الكمبيوتر التقليدية. تشمل الحوسبة الكمية كلاً من أبحاث الأجهزة وتطوير التطبيقات. من خلال استخدام تأثيرات ميكانيكا الكم مثل التراكب والتداخل الكمومي ، تكون أجهزة الكمبيوتر الكمومية قادرة على حل بعض أنواع المشكلات بسرعة أكبر من أجهزة الكمبيوتر التقليدية. يعد التعلم الآلي (ML) والتحسين ومحاكاة الأنظمة المادية بعض التطبيقات حيث يمكن لأجهزة الكمبيوتر الكمومية أن تقدم مثل هذا التحسين في السرعة. يمكن أن يكون تحسين المحفظة في التمويل أو محاكاة الأنظمة الكيميائية حالات استخدام مستقبلية ، مما يؤدي إلى حل المشكلات التي يتعذر حاليًا تحقيقها حتى لأقوى أجهزة الكمبيوتر العملاقة في السوق.
كيف تعمل الحوسبة الكمومية؟
ما هو رد المرء عندما يُسأل عن كيفية عمل الحوسبة الكمومية؟ دعونا نجري فحصا شاملا. هناك بعض أوجه التشابه بين أجهزة الكمبيوتر الكمومية والتقليدية. كلا النوعين من أجهزة الكمبيوتر ، على سبيل المثال ، غالبًا ما يشتملان على شرائح ودوائر وبوابات منطقية. يتم توجيه أنشطتهم بواسطة الخوارزميات (تعليمات متسلسلة بشكل أساسي) ، ويقومون بتشفير المعلومات باستخدام رمز ثنائي من الآحاد والأصفار.
يتم استخدام العناصر المادية من قبل نوعي أجهزة الكمبيوتر لتشفير تلك الآحاد والأصفار. تمثل هذه الأجهزة البتات (أرقام ثنائية) في حالتين في أجهزة الكمبيوتر الكلاسيكية - على سبيل المثال ، التيار قيد التشغيل أو الإيقاف ، ويشير المغناطيس لأعلى أو لأسفل. تستفيد أجهزة الكمبيوتر الكمومية من وحدات البت الكمومية ، أو الكيوبتات ، التي تعالج البيانات بطرق مختلفة جذريًا. بينما يمكن أن تمثل البتات الكلاسيكية واحدًا أو صفرًا فقط ، يمكن للكيوبت أن يكون في حالة تراكب واحد وصفر حتى يتم قياس حالته.
علاوة على ذلك ، يمكن أن تتشابك حالات عدة كيوبتات ، مما يعني أنها مرتبطة ميكانيكيًا كميًا ببعضها البعض. يوفر التراكب والتشابك لأجهزة الكمبيوتر الكمومية ميزات غير متوفرة في الحوسبة التقليدية. يمكن إنشاء الكيوبت عن طريق معالجة الذرات ، والذرات المشحونة كهربائيًا المعروفة باسم الأيونات ، أو الإلكترونات ، أو عن طريق الهندسة النانوية لما يسمى بالذرات الاصطناعية ، مثل دوائر كيوبت فائقة التوصيل ، باستخدام تقنية الطباعة المعروفة باسم الطباعة الحجرية.
ما هي مبادئ الحوسبة الكمومية؟
يعمل الكمبيوتر الكمي على أساس مبادئ الكم. التراكب والتشابك وفك الترابط ليست سوى عدد قليل من الكلمات التي يجب إتقانها من أجل فهم المبادئ الكمومية تمامًا. دعونا نلقي نظرة على هذه المبادئ بمزيد من التفصيل أدناه.
# 1. تراكب
ينص التراكب على أنه على غرار الموجات في الفيزياء الكلاسيكية ، يمكنك الجمع بين حالتين كميتين أو أكثر لإنتاج حالة كمومية أخرى صالحة. يمكن بدلاً من ذلك تمثيل كل حالة كمية كمجموع حالتين فريدتين مختلفتين أو أكثر. يمنح تراكب الكيوبت هذا الحواسيب الكمومية توازيها الجوهري ، مما يسمح لها بإجراء ملايين العمليات في نفس الوقت.
# 2. تشابك
يحدث التشابك الكمي عندما يرتبط نظامان ارتباطًا وثيقًا لدرجة أن معرفة أحدهما توفر معرفة فورية بالآخر ، بغض النظر عن مدى تباعدهما. يمكن للمعالجات الكمومية استنتاج معلومات عن جسيم عن طريق قياس آخر. يمكنهم ، على سبيل المثال ، أن يقرروا أنه إذا دار أحد الكيوبتات لأعلى ، فإن الآخر سوف يدور دائمًا ، والعكس صحيح. بسبب التشابك الكمومي ، يمكن حل المشكلات الصعبة بسرعة أكبر بواسطة أجهزة الكمبيوتر الكمومية.
عندما تقيس حالة كمومية ، تنهار الدالة الموجية وتحصل إما على صفر أو واحد. يعمل الكيوبت باعتباره بتًا تقليديًا في هذه الحالة المعروفة أو المتوقعة. يشير التشابك إلى قدرة الكيوبتات على ربط حالاتها بتلك الخاصة بالكيوبتات الأخرى.
# 3. فك الترابط
فك الترابط هو فقدان الحالة الكمومية للكيوبت. يمكن أن تتسبب التأثيرات البيئية ، مثل الإشعاع ، في انهيار الحالات الكمومية للكيوبتات. يعد تصميم العناصر العديدة التي تسعى إلى تأخير فك تماسك الحالة ، مثل تطوير الهياكل المتخصصة التي تحمي الكيوبتات من المجالات الخارجية ، صعوبة هندسية كبيرة في بناء كمبيوتر كمي.
ما هي مكونات الحاسوب الكمومي؟
تحتوي أجهزة الكمبيوتر الكمومية ، مثل أجهزة الكمبيوتر التقليدية ، على أجهزة وبرامج.
# 1. أجهزة الكم
ثلاثة مكونات تشكل الأجهزة الكمومية.
- مستوى البيانات الكمومية: مستوى البيانات الكمومية هو جوهر الكمبيوتر الكمومي ويحتوي على الكيوبتات الفيزيائية بالإضافة إلى الهياكل اللازمة لإبقائها في مكانها.
- مستوى التحكم والقياس: يتم تحويل الإشارات الرقمية إلى إشارات تحكم تمثيلية أو موجية بواسطة مستوى التحكم والقياس. يتم تنفيذ العمليات على الكيوبتات في مستوى البيانات الكمومية بواسطة هذه الإشارات التناظرية.
- مستوى معالج التحكم والمعالج المضيف: يتم تنفيذ خوارزمية الكم أو سلسلة العمليات بواسطة مستوى معالج التحكم. يتواصل المعالج المضيف مع البرنامج الكمومي ويرسل إشارة رقمية أو سلسلة من البتات الكلاسيكية إلى مستويات التحكم والقياس.
# 2. برامج الكم
يستخدم برنامج الكم دوائر كمومية لتنفيذ خوارزميات كمومية فريدة. الدائرة الكمومية هي روتين حوسبي يحدد مجموعة من العمليات الكمية المنطقية التي يجب إجراؤها على الكيوبتات الأساسية. يمكن ترميز الخوارزميات الكمومية باستخدام مجموعة متنوعة من أدوات تطوير البرمجيات وأطر العمل.
كيف تستخدم الشركات الحوسبة الكمومية؟
الحوسبة الكمومية لديها القدرة على تحويل الأعمال. فيما يلي بعض الأمثلة على حالات الاستخدام:
# 1. ML
التعلم الآلي (ML) هو عملية دراسة كميات هائلة من البيانات من أجل مساعدة أجهزة الكمبيوتر في عمل تنبؤات وأحكام أفضل. تبحث أبحاث الحوسبة الكمومية في الحدود المادية لمعالجة المعلومات وتشكل أرضية جديدة في الفيزياء الأساسية. تستفيد العديد من تخصصات العلوم والصناعة من هذه الدراسة ، بما في ذلك الكيمياء والتحسين والنمذجة الجزيئية. كما أصبح أكثر استخدامًا في الخدمات المالية للتنبؤ بحركات السوق وفي التصنيع لتحسين العمليات.
# 2. الاقوي
تمتلك الحوسبة الكمية القدرة على تحسين البحث والتطوير وتحسين سلسلة التوريد والتصنيع. على سبيل المثال ، من خلال تحسين عناصر مثل تخطيط المسار في العمليات المعقدة ، يمكنك استخدام الحوسبة الكمية لتقليل التكاليف المتعلقة بعملية التصنيع وتقليل أوقات الدورات. تطبيق آخر هو التحسين الكمي لمحفظة القروض ، والذي يسمح للمقرضين بتحرير الأموال وخفض أسعار الفائدة وتحسين خدماتهم.
# 3. محاكاة
ينمو الجهد الحسابي اللازم لتقليد الأنظمة بدقة بشكل كبير مع تعقيد المركبات والمواد الطبية. حتى باستخدام مناهج التقريب ، فإن أجهزة الكمبيوتر العملاقة المعاصرة غير قادرة على تحقيق مستوى الدقة الذي تتطلبه هذه المحاكاة. يمتلك الحساب الكمي القدرة على حل بعض أصعب القضايا الحسابية في الكيمياء ، مما يسمح للعلماء بإجراء عمليات محاكاة كيميائية مستعصية على الحل حاليًا. قام باسكال ، على سبيل المثال ، بإنشاء برنامج QUBEC الحسابي الخاص بهم لتنفيذ عمليات محاكاة الكيمياء. تقوم QUBEC بأتمتة رفع الأحمال المطلوبة لتشغيل الأنشطة الحسابية الكمية ، مثل التزويد المستقل لموارد الحوسبة ، والحسابات الكلاسيكية قبل المعالجة وبعدها ، وتخفيف الأخطاء.
حدود الحوسبة الكمومية
تعد الحوسبة الكمية هائلة بالتطوير وحل المشكلات عبر مجموعة واسعة من القطاعات. ومع ذلك ، لديها حاليا قيود.
- يمكن أن يؤدي أصغر اضطراب في بيئة كيوبت إلى فك الترابط أو الاضمحلال.
- يؤدي هذا إلى انهيار العمليات الحسابية أو حدوث أخطاء. كما ذكرنا سابقًا ، يجب حماية الكمبيوتر الكمومي من جميع التداخلات الخارجية أثناء الحوسبة.
- لم يتم إصلاح الأخطاء أثناء مرحلة الحوسبة بالكمال. نتيجة لذلك ، قد تكون الحسابات غير موثوقة. نظرًا لأن الكيوبتات ليست بتات بيانات رقمية ، فلا يمكنها الاستفادة من إجراءات تصحيح الأخطاء التقليدية التي تستخدمها أجهزة الكمبيوتر التقليدية.
- يمكن أن يحدث تلف في البيانات عند استرداد النتائج الحسابية. إن التطورات مثل خوارزمية بحث قاعدة بيانات معينة تضمن إجراء القياس تجعل الحالة الكمومية تتفكك في الاستجابة الصحيحة تبشر بالخير.
لا يزال الأمن والتشفير الكمومي في مراحلهما الأولى. - تمنع ندرة الكيوبت أجهزة الكمبيوتر الكمومية من تحقيق إمكاناتها الكاملة. أكثر من 128 لم يتم إنتاجها من قبل الباحثين حتى الآن.
مخزون الحوسبة الكمومية الذي سيترقبه في عام 2023
سنغطي أسهم الحوسبة الكمية للاستثمار فيها ، بالإضافة إلى "أفضل" مخزون الحوسبة الكمومية للشراء ، في هذا القسم. وهم على النحو التالي:
# 1. Google Quantum Computing Stock
لا يمكننا ببساطة ، مهما حاولنا جاهدين ، الاتصال بـ Google (GOOG) Alphabet. كانت الأخبار الرئيسية الأخيرة من مخزون الحوسبة الكمومية في Google هي ادعائها أنها خلقت بلورة كمومية. على الرغم من بذلنا قصارى جهدنا ، لم نتمكن من تحديد موقع مقال واحد يصف هذا العمل الفذ بشكل مناسب. تستثمر Google مليارات الدولارات من أجل استكمال الكمبيوتر الكمي بحلول عام 2029. ولمساعدتها في تحقيق هذا الهدف ، أنشأت الشركة حرم Google AI في كاليفورنيا. بمجرد التأسيس ، قد يطلق مخزون الحوسبة الكمومية في Google خدمة الحوسبة الكمومية القائمة على السحابة. لذا راقب هذه المساحة.
# 2. هانيويل الحوسبة الكمومية الأسهم
تعمل شركة Honeywell (HON) بشكل وثيق مع شركة خاصة ، Cambridge Quantum Computing ، وأعلنت للتو عن ولادة شركة جديدة. أيضًا ، ستندمج Honeywell Quantum Solutions (HQS) و Cambridge Quantum (CQ) لتشكيل شركة جديدة (غير مسماة) تستثمر فيها شركة Honeywell ما بين 270 إلى 300 مليون دولار. ستكون شركة Honeywell أكبر مساهم في الشركة الجديدة ، حيث يمتلك المساهمون CQ أكثر من 45٪.
# 3. IBM Quantum Computing Stock
لا يزال IBM Quantum Computing Stock (IBM) يتعافى من مخلفات كبيرة من Rometty Kool-Aid ، لكن الرئيس التنفيذي الجديد لديه حوسبة كمومية على راداره. أيضًا ، تهدف IBM Quantum Computing Stock إلى مساعدة الشركات والمجتمع في جني فوائد الحوسبة الكمية وقد حددت هدفًا لبناء معالجات تزيد عن 1,000 كيلوبت بحلول عام 2023.
# 4. مايكروسوفت الحوسبة الكمومية الأسهم
إن سهم Microsoft (MSFT) هو عملاق تقني بقيمة 2 تريليون دولار يعمل في مجموعة متنوعة من المجالات ، بما في ذلك الحوسبة الكمومية. توفر منصة Azure Quantum من Microsoft للشركات إمكانية الوصول إلى تقنية الكم.
# 5. آحرون
تهتم شركات الخدمات المالية مثل JPMorgan Chase و Visa بالحوسبة الكمية والتكنولوجيا ذات الصلة.
الكمبيوتر الكمي مقابل الكمبيوتر الكلاسيكي
بالمقارنة مع أجهزة الكمبيوتر التقليدية ، فإن أجهزة الكمبيوتر الكمومية لها بنية أساسية أكثر. يفتقرون إلى الذاكرة والمعالج. الكمبيوتر الكمومي ليس أكثر من مجموعة من الكيوبتات فائقة التوصيل. تتم معالجة المعلومات بشكل مختلف عن طريق أجهزة الكمبيوتر الكمومية والتقليدية.
تستخدم الكيوبتات في أجهزة الكمبيوتر الكمومية لإجراء خوارزميات كمومية متعددة الأبعاد. مع إضافة الكيوبتات ، تزداد قدرتها على المعالجة أضعافًا مضاعفة. يستخدم المعالج التقليدي وحدات البت لتنفيذ برامج متعددة. مع إضافة بتات إضافية ، تزداد قوتها خطيًا. تتمتع أجهزة الكمبيوتر التقليدية بقوة حوسبة أقل بشكل ملحوظ. تعتبر أجهزة الكمبيوتر الكلاسيكية مثالية للأعمال العادية لأنها خالية من الأخطاء. تعد أجهزة الكمبيوتر الكمومية هي الأنسب للمهام ذات المستوى الأعلى.
لا تتطلب أجهزة الكمبيوتر الكلاسيكية أي صيانة معينة. لمنع ارتفاع درجة الحرارة ، يمكنهم استخدام مروحة داخلية بسيطة. يجب عزل المعالجات الكمومية حتى عن أصغر الاهتزازات والحفاظ عليها شديدة البرودة.
كيف يمكنك البدء في الحوسبة الكمومية؟
إذا كنت ترغب في تجربة الحوسبة الكمومية ، يمكنك البدء بمحاكي الأجهزة الكمومية على نظامك المحلي. المحاكيات هي أجزاء من البرامج التي تحاكي الظواهر الكمومية على جهاز كمبيوتر تقليدي. كما أنها يمكن التنبؤ بها وتمكن من مراقبة الحالات الكمية. يمكن استخدامها لاختبار الخوارزميات قبل الاستثمار في وقت الأجهزة الكمومية. ومع ذلك ، لا يمكنهم إعادة إنتاج السلوك الكمي الحقيقي.
ماذا تفعل الحوسبة الكمومية في الواقع؟
تستخدم الحوسبة الكمومية نظرية الكم لحل المشكلات الرياضية وتشغيل النماذج الكمومية. يتم استخدامه لنمذجة الأنظمة الكمومية مثل التمثيل الضوئي والموصلية الفائقة والتكوينات الجزيئية المعقدة.
هل الحواسيب الكمومية موجودة الآن؟
هذه الأدوات فائقة القوة هي تقنية قادمة مثيرة للجدل وتستفيد من ميزات فيزياء الكم. في نوفمبر من العام الماضي ، أعلنت شركة IBM عن Osprey ، وهو معالج جديد بحجم 433 كيلوبت أقوى بثلاث مرات من سابقه ، والذي تم إنشاؤه في عام 2021 فقط.
ما مدى واقعية الحوسبة الكمومية؟
الحوسبة الكمومية حقيقية ، بالتأكيد ، لكنها قد لا تكون كل ما تم تصدعها لتكون عليه. لا يزال هناك العديد من القيود ، ولكن مع ظهور تقنيات جديدة لتحسين الحوسبة الكمومية ، تظهر تطبيقاتها عبر الصناعات.
ما هي المشاكل التي يمكن للحاسوب الكمومي حلها؟
يمكن حل المشكلات المعقدة التي تستغرق حاليًا سنوات عديدة لحلها على أقوى كمبيوتر عملاق في ثوانٍ. يمكن لأجهزة الكمبيوتر الكمومية المستقبلية أن تفتح آفاقًا لم يكن من الممكن تصورها سابقًا في الرياضيات والعلوم ، مما يساعد في حل المشكلات الوجودية مثل تغير المناخ والأمن الغذائي.
إلى أي مدى نحن بعيدون عن الحوسبة الكمية؟
في شكل محدود ، الحوسبة الكمومية متاحة بالفعل. ومع ذلك ، فمن الممكن أن يدخل التيار الرئيسي في السنوات الخمس إلى العشر القادمة ، على غرار كيفية انتشار أجهزة الكمبيوتر التقليدية من المعامل والمؤسسات الضخمة إلى الشركات من جميع الأحجام ، وكذلك المنازل ، في السبعينيات والثمانينيات.
الخط السفلي
تختلف الحوسبة الكمومية عن الحوسبة التقليدية. وهي تستخدم كيوبتات ، والتي يمكن أن تكون 1 و 0. يمكن أن تكون البتات في أجهزة الكمبيوتر التقليدية 1 أو 0 فقط. ونتيجة لذلك ، أصبحت الحوسبة الكمومية أسرع وأكثر قوة بشكل ملحوظ. من المتوقع أن يتم استخدامه لمعالجة مجموعة واسعة من المهام بالغة التعقيد والقيمة. في حين أن لديها قيودًا في الوقت الحالي ، فمن المقرر أن يتم تشغيلها من قبل العديد من الشركات عالية القدرة عبر مجموعة واسعة من الصناعات.
مقالات ذات صلة
- نظريات الإدارة: أنواع مختلفة من نظريات الإدارة في مكان العمل
- نظريات الإدارة: المفاهيم والنظريات الإدارية الأكثر أهمية في مكان العمل
- الحوسبة السحابية: التعريف والأنواع والإيجابيات والسلبيات و PDF (دليل مفصل لعام 2023)
- CLOUD ENGINEER: التعريف والواجبات والوظائف والراتب وكيف تصبح واحدًا
- متى تشتري تذاكر الطائرة 2023: أفضل دليل سهل
مراجع حسابات
