ما هي الشريحة الكمومية وكيف تعمل؟

إن العالم على أعتاب ثورة في الحوسبة. فالحوسبة الكمومية، التي كانت في السابق مفهوماً نظرياً، تتحول بسرعة إلى واقع ملموس، مع التقدم التكنولوجي الكبير والاستثمارات الضخمة التي تغذي تقدمها. ويؤكد اختيار الأمم المتحدة لعام 2025 باعتباره العام الدولي لعلوم وتكنولوجيا الكم على الاعتراف العالمي المتزايد بهذا المجال المهم. إن الوعد الذي تحمله أجهزة الكمبيوتر الكمومية يكمن في قدرتها غير المسبوقة على معالجة البيانات. ورغم أنها ليست مخصصة لتحل محل أجهزة الكمبيوتر اليومية، فإن هذه الآلات تمتلك القدرة على فتح آفاق جديدة في مجالات متنوعة مثل الطب والكيمياء وعلوم المواد وغيرها. دعونا نتعرف على طريقة عمل الشريحة الكمومية

طريقة عمل الشريحة الكمومية

تعمل أجهزة الكمبيوتر التقليدية باستخدام البتات، التي تمثل إما 0 أو 1. وعلى النقيض من ذلك، تستخدم الرقائق الكمومية البتات الكمومية. الكيوبتات هي في العادة عبارة عن جسيمات دون ذرية مثل الإلكترونات أو الفوتونات، يتم التحكم فيها والتلاعب بها بواسطة مجالات كهربائية ومغناطيسية مصممة خصيصًا.

وعلى عكس البتات، يمكن أن توجد البتات الكمومية في حالة تراكب، تمثل 0 أو 1 أو مزيجًا من الاثنين. تسمح هذه الخاصية الفريدة للمعالجات الكمومية بالتعامل مع مجموعات بيانات ضخمة بسرعة أكبر بكثير من أقوى أجهزة الكمبيوتر الكلاسيكية. تُستخدم طرق مختلفة لإنشاء وحدات البت الكمومية، بما في ذلك الأجهزة الفائقة التوصيل وأشباه الموصلات والفوتونيات (الضوء).

الجودة وليس الكمية

إن عدد البتات الكمومية التي تحتوي عليها الشريحة الكمومية أقل أهمية من جودة البتات الكمومية. حيث لن تتمكن الشريحة الكمومية المكونة من آلاف البتات الكمومية منخفضة الجودة من أداء أي مهمة حسابية مفيدة.

وتعتبر البتات الكمومية حساسة للغاية للاضطرابات غير المرغوب فيها، والمعروفة أيضًا باسم الأخطاء أو الضوضاء. يمكن أن تأتي هذه الضوضاء من العديد من المصادر، بما في ذلك العيوب في عملية التصنيع، أو مشكلات إشارة التحكم، أو التغيرات في درجة الحرارة، أو حتى مجرد التفاعل مع بيئة البت الكمومي.

إن التعرض للأخطاء يقلل من موثوقية الكيوبتات، والمعروفة باسم الدقة (fidelity). ولكي تظل الشريحة الكمومية مستقرة لفترة كافية لأداء مهام حسابية معقدة، فإنها تحتاج إلى بتات كمومية عالية الدقة.

وعندما يقارن الباحثون أداء الرقائق الكمومية المختلفة، فإن دقة البت الكمومي هي واحدة من المقاييس الحاسمة التي يستخدمونها.

Related Post

تصحيح الأخطاء الكمومية

الخبر السار هو أن البتات الكمومية الخالية تمامًا من الأخطاء ليست شرطًا أساسيًا لبناء كمبيوتر كمومي قادر على العمل. وعلى مدى العقود الثلاثة الماضية، طور الباحثون تقنيات نظرية تستخدم بتات كمومية غير كاملة متعددة لترميز “كيوبتات منطقية” (logical qubit). هذه الكيوبتات المنطقية محمية من الأخطاء وبالتالي تُظهر دقة أعلى بكثير. ويعتمد تطوير المعالجات الكمومية المفيدة على تنفيذ العديد من الكيوبتات المنطقية.

اليوم، يعمل معظم مطوري الرقائق الكمومية الرئيسيين بنشاط على ترجمة هذه النظريات إلى ممارسة عملية، وتحويل تركيزهم من الكيوبتات المادية إلى الكيوبتات المنطقية. وتتوفر بالفعل رقائق كمومية تحتوي على أكثر من 100 كيوبتات مادية، مما يتيح للباحثين تقييم الجيل الحالي من أجهزة الكمبيوتر الكمومية وتمهيد الطريق لتحسينات مستقبلية.

وعلى الرغم من إثبات وجود كيوبتات منطقية فردية، فإن الجمع بين كيوبتات منطقية متعددة في شريحة كمية متماسكة وعملية قادرة على حل المشكلات المعقدة في العالم الحقيقي يظل يشكل تحديًا رئيسيًا في السنوات القادمة.

التأثير المحتمل للحوسبة الكمومية

في مجال الطب، يمكن لأجهزة الكمبيوتر الكمومية تسريع اكتشاف الأدوية وتعزيز البحث الطبي من خلال الكشف عن الأنماط المخفية في بيانات التجارب السريرية وعلم الوراثة. كما يمكنها تعزيز أمن الأنظمة التي تعتمد على الذكاء الاصطناعي في القطاعات الحيوية مثل الخدمات المصرفية والعمليات العسكرية والمركبات ذاتية القيادة.

إن أحد المعالم الحاسمة في الحوسبة الكمومية هو تحقيق “التفوق الكمومي”، حيث يحل المعالج الكمومي مشكلة من المستحيل عمليًا على جهاز كمبيوتر كلاسيكي حلها. في أواخر العام الماضي، أظهرت شريحة ويلو الكمومية من جوجل التفوق الكمومي لمهمة حسابية مصممة خصيصًا. ورغم أن هذه المهمة لم تكن مشكلة حقيقية، إلا أنها مثلت إنجازًا كبيرًا وخطوة حاسمة إلى الأمام، مما يدل على إمكانات الحوسبة الكمومية.

المصدر

2025 will see huge advances in quantum computing. So what is a quantum chip and how does it work? | the conversation

اضغط هنا لتقييم التقرير
[Average: 0]
أخبار علمية

Share
Published by
أخبار علمية

Recent Posts

كم من الوقت يستغرق الوصول إلى المريخ؟

إذا كنت تريد القيام برحلة ذهاب فقط إلى المريخ، فستستغرق حوالي تسعة أشهر، ولكن الرحلة…

3 أسابيع ago

جهاز جديد قد يقضي على حرارة الصيف!

حقق العلماء طفرة في تكنولوجيا التبريد، حيث قاموا بتطوير جهاز تبريد قابل للإرتداء يمكنه ضخ…

3 أسابيع ago

هل اقتربنا من صناعة خلايا افتراضية بشرية؟

الخلية البشرية عبارة عن نظام معقد وظل لفترة طويلة لغزا للعلماء. ومع وجود عشرات التريليونات…

3 أسابيع ago

ناسا تختصر الرحلات المريخية بنظام دفع نووي كهربائي جديد!

إن الرحلة إلى المريخ والعودة منه ليست بالرحلة التي تناسب ضعيفي القلوب. فنحن لا نتحدث…

4 أسابيع ago

اكتشاف أقدم خريطة ثلاثية الأبعاد في العالم

اكتشف الباحثون ما يُعتقد أنه أقدم خريطة ثلاثية الأبعاد في العالم، حيث يعود تاريخها إلى…

4 أسابيع ago

لا مفر من فهم الروبوتات لمشاعرنا البشرية بحسب الباحثين!

قام الباحثون في جامعة جيمس كوك بالتحقيق في دور التعاطف في التفاعلات بين الإنسان والروبوت،…

4 أسابيع ago