الحوسبة الكمومية: كيف ستغير مستقبل التكنولوجيا؟

الحوسبة الكمومية هي نوع جديد من الحوسبة يعتمد على مبادئ ميكانيكا الكم على عكس الحواسيب الكلاسيكية التي تخزن المعلومات كبتات لذلك تستخدم الحواسيب الكمومية الكيوبتات الذي يمثل 0 و1 في نفس الوقت وهي حالة تسمى التراكب بالإضافة إلى أنها تكون متشابكة ويعني أن حالتها مرتبطة بحالة كيوبت آخر حتى لو كانت بعيدة عنه.

هذه الخصائص الكمومية تسمح بإجراء أنواع معينة من العمليات الحسابية بكفاءة أكبر من الكلاسيكية. على سبيل المثال يمكن للحواسيب الكمومية أن تحل بعض المشكلات التي تعتبر مستعصية على أقوى الحواسيب العملاقة الكلاسيكية الحالية مثل محاكاة التفاعلات الجزيئية المعقدة لتصميم أدوية ومواد جديدة وتطوير أنظمة تشفير أكثر أمان.

الجهات المستخدمه لـ الحوسبه الكمومية : 

شركات التكنولوجيا مثل IBM، Google (Alphabet) التي تستثمر بشكل كبير في تطوير أجهزتها وبرمجياتها وتقديم خدمات عبر السحابة ثم شركات متخصصة في الحوسبة الكمومية مثل Quantinuum التي تعمل على بناء وبيع أجهزة كمبيوتر كمومية وتقديم حلول متخصصة.

الوكالات الحكومية مثل وكالة ناسا ووزارة الدفاع الأمريكية ومختبرات وطنية حول العالم تستخدم الحوسبة الكمومية في البحث العلمي، والأمن القومي، وتطوير تقنيات جديدة ثم الجامعات التي تجري أبحاث مكثفة ومن أبرزها معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا (MIT)، وجامعة هارفارد، وجامعة ستانفورد، وجامعة أكسفورد.

علماء الكم والفيزيائيون وعلماء الحاسوب وأيضا مهندسو البرمجيات للاستفادة من قدرات الحوسبة الكمومية لذا فان وجودها يسعي لحل مشكلات معقدة وتحسين العمليات الالكترونية كما يكتشف تطبيقات جديدة ويركز بشكل كبير علي الأمن القومي والبحث العلمي لدفع حدود التكنولوجيا.

مستقبل التكنولوجيا مع الحوسبه الكمومية :

1. إحداث ثورة في مجالات العلوم والاكتشاف المهتم بصناعه الأدوية وتصميم المواد الجزيئية والكيميائية بدقة غير مسبوقة حتي يسرع بشكل كبير من عملية اكتشاف أدوية جديدة وتصميم مواد متطورة ذات خصائص فريدة مع تخيل القدرة على تصميم مواد فائقة الموصلية أو مواد خفيفة الوزن وشديدة القوة لتطبيقات متنوعة.

كما يستطيع أيضا تحليل الحمض النووي (DNA) وفهم الأمراض المعقدة وبالتحديد في الخلايا السرطانية وتركيبها حتي يصبح له أهميه كبيرة في الطب والرعاية الصحية مع تركيب المواد الفعاله لأن نوع من العقاقير.

2. تغيير جذري في الذكاء الاصطناعي وتحليل البيانات عن طريق تسريع تدريب نماذج التعلم الآلي لـ تطوير أنظمة ذكاء اصطناعي أكثر قوة وقدرة على تحليل كميات هائلة من البيانات في ثوان معدودة.

سهوله تحليل السيناريوهات المعقدة واتخاذ قرارات أفضل في مجالات مثل التمويل والاقتصاد وأنظمة التحكم في تغير المناخ وحل المشكلات المعقدة في مجالات مثل الخدمات اللوجستية، وجدولة العمليات، وتحسين المحافظ الاستثمارية بكفاءة غير مسبوقة.

3. إعادة تعريف الأمن السيبراني أنها تكسر معظم أنظمة التشفير الحالية (مثل RSA) المستخدمة لحماية البيانات الحساسة في دقائق وذلك يهدد أمن الاتصالات والمعلومات مع ظهور تقنيات تشفير كمي مثل توزيع المفتاح الكمي لإنشاء اتصالات آمنة غير قابلة للاختراق.

4. تحسين العمليات اللوجستية وسلاسل الإمداد من خلال إيجاد حلول مثالية للمسارات والجداول المعقدة حتي تصبح الكفاءة أكبر والتكاليف أقل كما يحلل الأمور المالية المتعددة بشكل متزامن لاتخاذ قرارات استثمارية وتقليل الاضطرابات في عمليات الفضاء والطيران.

أقرأ أيضا : الحوسبة السحابية: كيف تعمل؟ ولماذا تلجأ الشركات إليها؟

التحديات التي تواجه الحوسبة الكمومية :

1. الحفاظ على تماسك الكيوبتات لأنها تكون حساسة في التداخلات البيئية الضئيلة مثل الحرارة والاهتزازات الكهرومغناطيسية. وهذه التفاعلات تؤدي إلى فقدان حالتها الكمومية الهشة ويحد من مدة العمليات الحسابية التي يمكن إجراؤها بشكل موثوق. كما أن الحفاظ علي استقرار الكيوبتات لفترات طويلة لابد مإجراء حسابات معقدة تمثل تحدي هندسي كبير.

2. قابلية التوسع وبناء معالجات كمومية تحتوي على عدد كبير من الكيوبتات المترابطة والمتوافقة أمر بالغ الصعوبة. لأن كلما زاد عدد الكيوبتات زادت التعقيدات في التحكم والتوصيل البيني.

3. تصحيح الأخطاء الكمومية لأن الأخطاء لا مفر منها وتصحيحها دون إدخال المزيد من الاضطرابات يعتبر تحدي معقد. وعملية نسخ الكيوبتات للتحقق من الأخطاء كما هو الحال في الحوسبة الكلاسيكية أمر مستحيل.

4. تطوير الأجهزة قيد الدراسة التصنيع الكيوبتات ولكل شئ منها تحدياته الخاصة فيما يتعلق بالاستقرار وقابلية التوسع والتحكم. وذلك يطلب درجات حرارة منخفضة للغاية تقترب من الصفر المطلق ويزيد من تعقيد وتكلفة الأنظمة.

5. لا تزال هناك حاجة إلى تطوير المزيد من الخوارزميات الكمومية التي يمكن أن تستفيد بشكل فعال من قدرات الحوسبة الكمومية لحل مشكلات ذات أهمية عملية والاهتمام بـ الغات برمجة لتمكن الباحثين من هذه التكنولوجيا.

6. تطوير وبناء وتشغيل أجهزة الكمبيوتر الكمومية مكلف للغاية، مما يحد من إمكانية الوصول إليها كما أن هناك نقص في عدد الخبراء والمهندسين المتخصصين في مجال الحوسبة الكمومية.

7. بالرغم من تلك التطور الهائل لأكنه لا يزال المجال يفتقر إلى معايير موحدة للأجهزة والبرمجيات وطرق الأداء ويعيق بعض أمور التعاون لذلك وهناك جهود بحثية مكثفة للتغلب على هذه العقبات وفتح الباب أمام الإمكانات الهائلة لهذه التكنولوجيا.

نصائح وارشادات أثناء التعامل مع الحوسبة : 

1. اذا كنت باحث أو مطور لابد من فهم أساسيات ميكانيكا الكم والمعلوماتية الكمومية من الدورات والموارد المتاحة عبر الإنترنت والجامعات.

2. التعرف على لغات البرمجة الكمومية مثل Qiskit وتبدأ بتجربة الأدوات والمكتبات المتاحة ثم اردرس الخوارزميات المعروفة مثل خوارزمية شور.

3. استخدام منصات الحوسبة الكمومية السحابية التي توفرها الشركات الكبرى للوصول إلى أجهزة كمومية حقيقية أو محاكيات.

4. فكر في كيفية التأثير على الأمن السيبراني لشركتك وخطط لاستراتيجيات ما بعد الكم مع الاطلاع بآخر التطورات والإعلانات.

5. الحوسبة الكمومية مجال جديد ومعقد ويطلب استعداد لتعلم مفاهيم جديدة لكن من المهم التمييز بين الإمكانيات الحقيقية والتوقعات المبالغ فيها.