▷ ما هو المعالج الكمي وكيف يعمل؟

قد تتساءل ما هو المعالج الكمي وكيف يعمل ؟ في هذه المقالة ، سنتعمق في هذا العالم ونحاول معرفة المزيد عن هذا الكائن الغريب الذي ربما سيكون يومًا ما جزءًا من هيكل RGB الجميل ، بالطبع كمًا.

فهرس المحتويات

مثل كل شيء في هذه الحياة ، إما أن تتكيف أو تموت. وهذا بالضبط ما يحدث مع التكنولوجيا وليس في نطاق ملايين السنين ككائنات حية على وجه التحديد ، ولكن في غضون سنوات أو شهور. تتقدم التكنولوجيا بوتيرة مذهلة وتبتكر الشركات الكبيرة باستمرار في مكوناتها الإلكترونية. المزيد من الطاقة واستهلاك أقل لحماية البيئة هي الأماكن العصرية اليوم. لقد وصلنا إلى نقطة يصل فيها تصغير الدوائر المتكاملة إلى الحد المادي. تقول Intel أنه سيكون 5nm ، بخلاف ذلك لن يكون هناك قانون Moore صالح. لكن الرقم الآخر يكتسب قوة ، وهو المعالج الكمي. سرعان ما نبدأ في شرح جميع فوائدها.

مع IBM كمقدمة ، فإن الشركات الكبرى مثل Microsoft و Google و Intel و NASA قد شجعت بالفعل في معركة لمعرفة من يمكنه بناء معالج الكم الأكثر موثوقية وقوة. وهو بالتأكيد المستقبل القريب. نرى ما يدور حوله هذا المعالج الكمومي

هل نحن بحاجة إلى معالج كمي

تعتمد المعالجات الحالية على الترانزستورات. باستخدام مزيج من الترانزستورات ، يتم بناء البوابات المنطقية لمعالجة الإشارات الكهربائية التي تتدفق عبرها. إذا انضممنا إلى سلسلة من البوابات المنطقية ، فسوف نحصل على معالج.

ثم تكون المشكلة في وحدتها الأساسية ، الترانزستورات. إذا صغرنا هذه ، يمكننا وضع المزيد في مكان واحد ، مما يوفر المزيد من قوة المعالجة. لكن بالطبع ، هناك حد مادي لكل هذا ، عندما نصل إلى ترانزستورات صغيرة جدًا بحيث تكون في ترتيب النانومتر ، نجد مشاكل للإلكترونات التي تدور داخلها للقيام بذلك بشكل صحيح. هناك احتمال أن تنزلق هذه القنوات ، وتصطدم بعناصر أخرى داخل الترانزستور وتتسبب في فشل السلسلة.

وهذه هي المشكلة بالتحديد ، أننا نصل حاليًا إلى حد الأمان والاستقرار لتصنيع المعالجات باستخدام الترانزستورات الكلاسيكية.

الحوسبة الكمومية

أول شيء يجب أن نعرفه هو ما هي الحوسبة الكمومية ، وليس من السهل شرحها. يختلف هذا المفهوم عما نعرفه اليوم باسم الحوسبة الكلاسيكية ، التي تستخدم بتات ، أو حالات ثنائية من "0" (0.5 فولت) و "1" (3 فولت) من دفعة كهربائية لتشكيل سلاسل منطقية المعلومات المحسوبة.

خط Uza.uz

تستخدم الحوسبة الكمومية من جانبها مصطلح qubit أو cubit للإشارة إلى معلومات قابلة للتنفيذ. لا يحتوي الكيوبت على حالتين فقط مثل 0 و 1 ولكنه قادر أيضًا على احتواء 0 و 1 أو 1 و 0 في وقت واحد ، أي أنه يمكن أن يحتوي على هاتين الحالتين في نفس الوقت. هذا يعني أنه ليس لدينا عنصر يأخذ قيمًا منفصلة 1 أو 0 ، ولكن نظرًا لأنه يمكن أن يحتوي على كلتا الحالتين ، فإن له طبيعة مستمرة وداخله ، حالات معينة ستكون أكثر وأكثر استقرارًا.

كلما زاد عدد وحدات البت التي يمكن معالجتها

إن القدرة على امتلاك أكثر من دولتين ، وعلى وجه التحديد الحصول على العديد من هذه الدول في الوقت نفسه ، تكمن في قوتها. قد نتمكن من إجراء المزيد من الحسابات في وقت واحد وفي وقت أقل. كلما زاد عدد وحدات البت التي يمكن معالجتها ، أصبحت بهذا المعنى مماثلة لوحدات المعالجة المركزية التقليدية.

كيف يعمل الكمبيوتر الكمومي

تعتمد العملية على قوانين الكم التي تحكم الجسيمات التي تشكل المعالج الكمومي. تحتوي جميع الجسيمات على إلكترونات بالإضافة إلى البروتونات والنيوترونات. إذا أخذنا مجهرًا ورأينا تدفق جسيمات الإلكترون ، يمكننا أن نرى أن لديهم سلوكًا مشابهًا لسلوك الموجات. ما يميز الموجة هو أنها نقل للطاقة بدون نقل المادة ، على سبيل المثال ، الصوت ، فهي اهتزازات لا يمكننا رؤيتها ، لكننا نعلم أنها تنتقل عبر الهواء حتى تصل إلى أذنينا.

حسنًا ، الإلكترونات هي جسيمات قادرة على التصرف إما كجسيم أو كموجة وهذا هو ما يسبب تداخل الحالات ويمكن أن يحدث 0 و 1 في نفس الوقت. يبدو الأمر كما لو تم إسقاط ظلال كائن ، في زاوية نجد شكلاً وآخر. يشكل اقتران الاثنين شكل الجسم المادي.

لذلك بدلاً من قيمتين 1 أو 0 نعرفهما بالبتات ، والتي تعتمد على الفولتية الكهربائية ، فإن هذا المعالج قادر على العمل مع المزيد من الحالات تسمى الكم. الكم ، بالإضافة إلى قياس القيمة الدنيا التي يمكن أن يأخذها الحجم (على سبيل المثال 1 فولت) ، قادر أيضًا على قياس أصغر اختلاف ممكن يمكن أن تواجهه هذه المعلمة عند الانتقال من حالة إلى أخرى (على سبيل المثال ، القدرة على تمييز الشكل جسم بواسطة ظلين متزامنين).

يمكن أن يكون لدينا 0 و 1 و 0 و 1 في نفس الوقت ، أي بتات متراكبة فوق بعضها البعض

لنكون واضحين ، يمكن أن يكون لدينا 0 و 1 و 0 و 1 في نفس الوقت ، أي بتات متراكبة فوق بعضها البعض. كلما زاد عدد البتات ، كلما زاد عدد البتات التي يمكن أن نحصل عليها فوق بعضها البعض ، ثم زادت القيم التي يمكننا الحصول عليها في وقت واحد. بهذه الطريقة ، في معالج 3 بت ، سيكون علينا القيام بالمهام التي تحتوي على واحدة من هذه القيم الثماني ، ولكن ليس أكثر من واحد في كل مرة. من ناحية أخرى ، بالنسبة للمعالج 3 كيلوبايت سيكون لدينا جسيم يمكن أن يستغرق ثماني حالات في وقت واحد ، وبعد ذلك سنكون قادرين على القيام بالمهام مع ثماني عمليات في وقت واحد

لإعطائنا فكرة ، فإن أقوى وحدة معالجة تم إنشاؤها على الإطلاق لديها حاليًا سعة 10 تيرافلوب أو ما يعادل 10 مليار عملية عائمة في الثانية. يمكن للمعالج 30 بت القيام بنفس عدد العمليات. لدى IBM بالفعل معالج كمومي 50 بت وما زلنا في المرحلة التجريبية لهذه التكنولوجيا. تخيل إلى أي مدى يمكن أن نذهب ، حيث يمكنك أن ترى أن الأداء أعلى بكثير من المعالج العادي. مع زيادة وحدات البت للمعالج الكمي ، تتضاعف العمليات التي يمكن إجراؤها بشكل كبير.

كيف يمكنك إنشاء معالج كمومي

بفضل الجهاز القادر على العمل مع الحالات المستمرة بدلاً من وجود احتمالين فقط ، من الممكن إعادة التفكير في المشكلات التي كان من المستحيل حلها حتى الآن. أو أيضًا حل المشكلات الحالية بطريقة أسرع وأكثر كفاءة. يتم فتح كل هذه الاحتمالات مع آلة الكم.

من أجل "تحديد" خصائص الجزيئات ، يجب أن نحضرها إلى درجات حرارة قريبة من الصفر المطلق.

من أجل تحقيق هذه الحالات ، لا يمكننا استخدام الترانزستورات استنادًا إلى النبضات الكهربائية التي ستكون في النهاية إما 1 أو 0. للقيام بذلك ، سيتعين علينا أن ننظر أبعد من ذلك ، وتحديداً في قوانين فيزياء الكم. سيتعين علينا التأكد من أن هذه الكيوبتات التي تكونت جسديًا بواسطة الجسيمات والجزيئات قادرة على القيام بشيء مماثل لما تفعله الترانزستورات ، أي إقامة علاقات بينها بطريقة محكومة بحيث تقدم لنا المعلومات التي نريدها.

هذا هو ما هو معقد حقًا والموضوع الذي يجب التغلب عليه في الحوسبة الكمومية. من أجل "تحديد" خصائص الجزيئات التي يتكون منها المعالج ، يجب أن نصل بها إلى درجات حرارة قريبة من الصفر المطلق (-273.15 درجة مئوية). لكي تعرف الآلة كيفية التمييز بين حالة من دولة أخرى ، نحتاج إلى جعلها مختلفة ، على سبيل المثال ، تيار 1 فولت و 2 فولت ، إذا وضعنا جهدًا 1.5 فولت ، فلن تعرف الآلة أنها واحدة أو أخرى. وهذا ما يجب تحقيقه.

مساوئ الحوسبة الكمومية

العيب الرئيسي لهذه التكنولوجيا هو بالتحديد التحكم في هذه الحالات المختلفة التي يمكن أن تمر من خلالها المادة. مع الحالات المتزامنة ، من الصعب جدًا إجراء حسابات مستقرة باستخدام خوارزميات الكم. وهذا ما يسمى عدم التناسق الكمي ، على الرغم من أننا لن نذهب إلى حدائق غير ضرورية. ما يجب أن نفهمه هو أنه كلما زاد عدد البتات التي لدينا سيكون لدينا المزيد من الحالات ، وكلما زاد عدد الولايات كلما زادت السرعة التي سنحصل عليها ، ولكن سيكون من الصعب أيضًا التحكم في الأخطاء في التغييرات في المادة التي تحدث.

علاوة على ذلك ، تنص القواعد التي تحكم هذه الحالات الكمومية للذرات والجسيمات على أننا لن نتمكن من مراقبة عملية الحوسبة أثناء حدوثها ، نظرًا لأنه إذا تدخلنا فيها ، فسوف يتم تدمير الحالات المتراكبة تمامًا.

الحالات الكمومية هشة للغاية ، ويجب عزل أجهزة الكمبيوتر تمامًا تحت الفراغ وفي درجات حرارة قريبة من الصفر المطلق لتحقيق معدل خطأ بنسبة 0.1 ٪. يضع مصنعو التبريد السائل البطاريات أو نفاد الكمبيوتر الكمي لعيد الميلاد. بسبب كل هذا ، على الأقل في المدى المتوسط ​​سيكون هناك أجهزة كمبيوتر كمومية للمستخدمين ، ربما قد يكون هناك عدد قليل من هذه الأجهزة موزعة في جميع أنحاء العالم في الظروف المطلوبة ويمكننا الوصول إليها عبر الإنترنت.

يستخدم

مع قوة المعالجة الخاصة بهم ، سيتم استخدام هذه المعالجات الكمومية بشكل أساسي للحساب العلمي ولحل المشكلات التي لم تكن قابلة للحل سابقًا. ربما يكون أول مجالات التطبيق هو الكيمياء ، على وجه التحديد لأن المعالج الكمي هو عنصر يعتمد على كيمياء الجسيمات. وبفضل هذا يمكن للمرء أن يدرس الحالات الكمية للمادة ، التي من المستحيل حلها اليوم بواسطة أجهزة الكمبيوتر التقليدية.

• نوصي بقراءة أفضل المعالجات في السوق

بعد ذلك يمكن أن يكون لها تطبيقات لدراسة الجينوم البشري ، والتحقيق في الأمراض ، وما إلى ذلك. الاحتمالات هائلة والمطالبات حقيقية ، لذا يمكننا الانتظار فقط. سنكون مستعدين لمراجعة معالج الكم!