يعد الكمبيوتر الكمي بمثابة الكأس المقدسة التي تقف في مركز طموحات العديد من العلماء، في أنحاء مختلفة من العالم.
حقيقة أنه لا أحد يعرف كيف سيبدو الكمبيوتر الكمي وكيف سيعمل بالضبط لا تريح أيدي العلماء. إن الفائدة التي يمكن الحصول عليها من مثل هذا الكمبيوتر كبيرة لدرجة أنها تبرر الجهد المبذول والتعامل مع عدم اليقين (إذا جاز استخدام العبارة في هذا السياق). ستكون أجهزة الكمبيوتر الكمومية قادرة، من بين أمور أخرى، على إجراء حسابات لا يمكن إجراؤها على أجهزة كمبيوتر عادية، مثل تحليل عدد كبير جدًا، تم إنشاؤه كمنتج لعددين أوليين، إلى مكوناته. وتعني هذه القدرة إمكانية فك المعلومات المشفرة في أنظمة التشفير الأكثر شيوعاً وموثوقية الموجودة اليوم، والتي تستخدم في الاتصالات الاقتصادية والأمنية والخاصة.
إن الميزة الكبيرة للحاسوب الكمومي، وصعوبة بنائه، تنبع من الفرق الجوهري بين بتات الحاسوب العادي والبتات الكمومية. البت العادي هو نوع من المفاتيح التي تكون في أي لحظة في إحدى الحالتين المحتملتين (على سبيل المثال، "إيقاف" و"تشغيل")، والتي يمكن وصفها بالأرقام صفر (0) وواحد (1). على التوالى. من ناحية أخرى، يمكن العثور على البت الكمومي ("الكيوبت") في كل من "الصفر" و"الواحد" في نفس الوقت. ولذلك، فإنه سيكون قادرا على إجراء العديد من العمليات الحسابية في نفس الوقت. تنبع هذه القدرة من إحدى الخصائص الأساسية التي تعزوها نظرية الكم لكل من المادة والضوء: الوجود المزدوج كجسيمات وموجات.
في عالم الأشياء الكبيرة، هناك قواعد الفيزياء الكلاسيكية، التي بموجبها توجد كتل المادة في أماكن محددة. لكن في عالم الأشياء الصغيرة، الجسيمات دون الذرية، قواعد فيزياء الكم، والتي بموجبها تظهر جسيمات المادة أحيانًا على شكل موجات موجودة في كل مكان في نفس الوقت. على سبيل المثال، يمكن لموجات المادة أن تتحرك في وقت واحد في عدة مسارات محتملة، طالما لا يوجد عامل يراقبها أو يقيسها. بمجرد أن يشاهدهم شخص ما أو شيء ما - ينهار الوجود المزدوج، و"تختار" المادة مسارًا واحدًا فقط، وفي هذا المسار الواحد تظهر في العرض.
مادته، الجسيمات. وهذا، إلى حد ما، هو جوهر الصعوبة في بناء البت الكمي. فمن ناحية نريد أن نتمتع بالتوازي مع وجودها. من ناحية أخرى، إذا كنت تريد تغيير حالتها (على سبيل المثال، من الحالة "صفر" إلى الحالة "الواحد")، أو قراءتها، فقد تنهار في مثيلها الجسيمي، وتفقد خاصية الموجة والوجود الموازي. .
ابتكر البروفيسور آدي ستيرن، من قسم فيزياء المواد المكثفة، سابقًا طريقة لاختبار قدرة النظام على العمل كنوع خاص من الكيوبت - البت الكمي الطوبولوجي. وهو نظام من تأثير هول الكمي، الذي فيه الجسيمات
تتحرك الأجسام في مستوى به مجال مغناطيسي قوي يعمل بشكل عمودي عليه. وهي عبارة عن جسيمات محاكاة تساوي شحناتها الكهربائية ثلث أو ربع أو خمس شحنة الإلكترون. هذه الجسيمات غير الموجودة في الطبيعة تم تصنيعها في مختبر البروفيسور موتي هايبلوم من نفس القسم.
يجب أن يستوفي مثل هذا النظام معايير معينة ليناسب تعريف الكيوبت. يجب أن تكون الجسيمات قادرة على تغيير أماكنها، ويجب أن تترك هذه التغييرات في الأماكن آثارًا يمكن تتبعها. بمعنى آخر، يجب أن تسمح الطريقة بتخزين المعلومات من خلال تصرفات الجسيمات. وفي تجربة البروفيسور ستيرن النظرية، يتدفق في النظام خطان من التيار الكهربائي مع وجود "سياج" فاصل بينهما يحتوي على جسيمات مقلدة. إذا كان عدد الجسيمات المحاكية (التي لها شحنة أقل من شحنة الإلكترون) غير متساوي، فإن الإلكترونات الموجودة في التيار سوف تتصرف كجسيمات،
وتمرير المادة في خط مباشر. لكن إذا كان عدد الجسيمات التي تمت محاكاتها زوجيًا، فإن الإلكترونات التي تتحرك في النظام سوف تتصرف كموجات، وسوف تتداخل في نهاية المسار. في الواقع، لا يؤثر عدد الجسيمات المحاكاة على النظام فحسب، بل يؤثر أيضًا على حجم شحنتها الكهربائية (ثلث أو ربع أو خمس شحنة الإلكترون). إلى الجزيئات
ما قام البروفيسور هايبلوم بقياسه في التسعينيات كان عبارة عن قواسم فردية، وهي لا تترك علامات عندما تتغير أماكنها في المستوى. ولذلك فهي ليست مناسبة لاستخدامها كبتات لتخزين المعلومات. في المقابل، فإن الجسيمات المحاكية التي شحنتها
وجود مقام زوجي (ربع شحنة الإلكترون)، قد يكون أكثر ملاءمة لدور البت الكمومي. تم إنتاج جزيئات من هذا النوع منذ حوالي عام، ولأول مرة في العالم، على يد فريق من العلماء من معهد وايزمان، يضم البروفيسور موتي هايبلوم، والبروفيسور آدي شتيرن، والدكتور فلاديمير أمانسكي، والدكتورة ديانا مهلو، و د. طالبة البحث ميراف دوليف. .
رقم غير صحيح
إن قدرة الجسيمات الكمومية على التواجد في عدة حالات وأماكن في نفس الوقت (تسمى "التراكب") قد تمنحها القدرة على الحوسبة المتوازية المطلوبة بشدة. لكن "التراكب" ينهار في موقف ما
يتم تعريف وجود المرء بمجرد أن يراقبه أو يقيسه شخص ما أو شيء ما (وهذا ما قصده مؤسسو نظرية الكم عندما قالوا "إن المراقب يغير النتيجة"). على سبيل المثال، لم يتم ملاحظة "التراكب" مطلقًا في عالم "الأشياء الكبيرة". التفسير المقبول لذلك هو أنه في كتل المادة التي تحتوي على العديد من الجسيمات، "يراقب" الجميع بعضهم البعض، وبالتالي ينهار "تراكب" الجميع في الحالة المحددة للوجود المادي (ظاهرة تسمى "التفكك"). هكذا وجد العلماء أنفسهم في موقف يمكنهم فيه وصف حاسوب كمي بسيط، لكنهم غير قادرين على بناء مثل هذا النظام الحسابي المبني على ملايين البتات.
يقع هذا التحدي في قلب طموحات الدكتور روي أوزاري وطلاب الأبحاث نيتسان أكرمان، ويانون جليكمان، وشلومي كوتلر، ويوني دلال، وآنا كيسلمان، من قسم فيزياء الأنظمة المعقدة في معهد وايزمان للعلوم. يهتم الدكتور أوزاري بشكل أساسي بالقدرة على إجراء تصحيحات الأخطاء في الحسابات الكمومية. أجهزة الكمبيوتر الموجودة اليوم تمنع معظم الأخطاء من خلال الازدواجية والبروتوكولات الخاصة لتصحيح الأخطاء.
تحمي هذه البروتوكولات، على سبيل المثال، ملفات الموسيقى المخزنة على الأقراص المضغوطة من الخدش. قد تكون البروتوكولات المماثلة، إذا تم تنفيذها في الأنظمة الكمومية، بمثابة أدوات لاكتشاف ومنع عدم الترابط، وبالتالي
الحفاظ على "تراكبات" الأجهزة المبنية من العديد من جزيئات المواد. وهكذا، ومن خلال الحماية الفعالة، قد يكون من الممكن تطبيق مبدأ التراكب في عالم الأشياء العظيمة.
يبحث الدكتور أوزاري أيضًا عن طرق لإنتاج بوابات منطقية كمومية معقدة (تؤدي البوابات المنطقية العمليات الأساسية للحسابات الإلكترونية). هذه هي الطرق التي من خلالها تؤدي الإجراءات التي يتم تنفيذها على أحد الكيوبتات، في بعض الحالات، إلى تغيير حالة كيوبت آخر. ولكن كيف يمكنك التغلب على الصعوبة الناشئة عن الخاصية الكمومية الأساسية، والتي بموجبها "يغير المراقب النتيجة"؟ كيف يمكن قياس أو تغيير الكيوبت دون التسبب في انهيار النظام إلى حالة مادية محددة؟
يحاول الدكتور أوزاري الإجابة على هذه الأسئلة - والتغلب على الصعوبة الموصوفة فيها - باستخدام نظام تجريبي يعتمد على أيونات السترونتيوم (الأيونات هي ذرات خضعت "لجراحة الليزر" لإزالة بعض إلكتروناتها). يقوم بإطلاق بعض هذه الأيونات في حجرة فارغة (فراغ)، حيث يتم احتجازها في مجموعة من المجالات الكهربائية، ويتم تبريدها باستخدام أشعة الليزر إلى درجة حرارة تصل إلى عدة أجزاء من المليون من الدرجة فوق الصفر المطلق. وعلى الرغم من أنها عبارة عن عدد قليل من الأيونات المفردة، إلا أن الدكتور أوزاري نجح في دراسة تأثير ثنائي الترابط باستخدام
تفعيل مجال كهرومغناطيسي يحدث "ضوضاء" في بيئة الأيونات. ولتنشيط الأيونات في الخلية الفارغة المحاصرة فيها، يستخدم أشعة ليزر إضافية يتم ضبطها لتحريك أيونات السترونتيوم من حالة إلكترونية واحدة
إلى آخر إن الدقة المطلوبة في مطابقة خصائص هذه الليزرات مع التحولات بين الحالات المختلفة لأيونات السترونتيوم تمثل تحديًا حقيقيًا. الدكتور أوزاري: "إنه مثل معايرة طول القضيب الذي يصل من الأرض إلى القمر بدقة تساوي سمك الشعرة".
ماذا خرجنا منه؟
تعتمد سلامة طريقة التشفير الشائعة الاستخدام اليوم على حقيقة أن تحليل منتج مكون من رقمين أوليين إلى مكوناته يتطلب وقتًا طويلًا جدًا (أحيانًا أطول بكثير من عمر الإنسان). يتم تصنيع الكمبيوتر الكمي
لتغيير هذا الوضع، وجعل من الممكن فك الرموز في فترات زمنية أقصر بكثير.
في الصورة: ثمانية أيونات محاصرة في حجرة فارغة ويتم تبريدها باستخدام الليزر. عند درجة حرارة قريبة من الصفر المطلق، تنظم الأيونات نفسها في بنية بلورية تشبه سلسلة من اللؤلؤ. يعمل كل أيون في البلورة كبت كمي واحد
باختصار:
السؤال: هل يمكن تجاوز المبدأ المعروف في نظرية الكم والذي بموجبه "يغير الراصد النتيجة"؟ هل من الممكن استخدام القياس الكمي "لحفظ النتيجة"؟
النتائج: هذا هو بالضبط ما يحاول علماء المعهد القيام به.
اتصال
يبحث البروفيسور ران راز، من قسم علوم الكمبيوتر والرياضيات التطبيقية في معهد وايزمان للعلوم، من بين أمور أخرى، في مسألة ما إذا كان الاتصال بين أجهزة الكمبيوتر سيصبح أكثر كفاءة بفضل استخدام الأساليب الكمومية.
ربما لا يزال عصر الحوسبة الكمومية بعيدًا، لكن تطوير الاتصال الكمي مهمة أسهل، وفي الواقع تم إثباته بنجاح في التجارب المعملية. مثال على مشكلة الاتصال هو برنامج جدولة اجتماع بين شخصين. أصغر عدد من البتات اللازمة اليوم للاتصال بين أجهزة الكمبيوتر من أجل إيجاد وقت فراغ مشترك بين التقويمين الخاصين بالشخصين اللذين يرغبان في الالتقاء، يساوي عدد الفترات التي يتم اختبارها (n). في المقابل، سيكون نظام الاتصال الكمي قادرًا على أداء المهمة باستخدام كمية من البتات تساوي الجذر التربيعي لـ n فقط.
وجد البروفيسور راز أنه في بعض مشكلات الاتصال، قد يقدم النظام الكمي تحسنًا أكبر بكثير، وأحيانًا لوغاريتميًا. بمعنى آخر، مع زيادة قيمة n، ستكون ميزة الاتصال الكمي أكثر أهمية. كما وجد أن الاتصال الكمي قد يكون فعالًا أيضًا في أنظمة الاتصال أحادية الاتجاه، حيث يجب على الطرف المتلقي اتخاذ قرارات بناءً على الرسالة التي يرسلها المرسل.
تعليقات 18
أستطيع أن أقول أيضًا أن صديقي لديه قوى خارقة ولكن عندما تنظر إليه فجأة فهو لا يمتلكها
سؤال: هل سيتمكن الكمبيوتر الكمي من تشغيل ألعاب بحسابات الذرات والجاذبية والإلكترونات بدلاً من الأنسجة والنماذج؟ سيكون من الرائع لعب لعبة CRYSIS برسومات وفيزياء واقعية حقًا دون حدوث انفجارات أو انخفاض في معدل الصورة...
من يعرف:
ورغم أنه صحيح أنه لا داعي للمشاهد، إلا أن وصفك غير دقيق.
عدم اليقين ليس نتيجة للتغيير الناتج عن القياس.
قرأت هنا.
http://en.wikipedia.org/wiki/Uncertainty_principle#Uncertainty_principle_and_observer_effect
إلى الرجل الذي سأل عن الإعلانات وكل ذلك
الوعي لا يلعب أي دور النقطة المهمة هي أنه من أجل قياس أو ملاحظة شيء ما، تحتاج إلى فوتون (جسيم من الضوء) ليضرب الجسم ويعود إلى عينك أو إلى بعض أجهزة القياس. إذا قمت بذلك فإنك تغير النظام.
خذ سيارة على سبيل المثال، إذا اصطدمت بها ذبابة، فإن ذلك لا يؤدي إلى إبطاء السيارة بطريقة يمكنك الشعور بها. لكن إذا ألقيت حجرًا وزنه نصف طن على السيارة فسوف تشعر بالتغيير.
أي أن القياسات في الأنظمة الكبيرة ليست مؤثرة حقًا. في الأنظمة النانوية التي تتناول فيزياء الكم، يشبه الفوتون الواحد صخرة كبيرة.
والحقيقة هي أن البشر لم يكونوا على علم بأي شيء مادي منذ 5000 عام، ومع ذلك فإن هذا لم يمنع العالم من الوجود تمامًا كما هو اليوم.
اسد:
يوجد اليوم بالفعل أجهزة كمبيوتر متعددة النواة وأعتقد أنه من المتوقع أن يستمر هذا الوضع.
يحتوي جهاز الكمبيوتر اليوم، بالطبع، على نوى متعددة للمعالج في الرأس، ولكن، كما ذكرت، يحتوي أيضًا على نوى إضافية متخصصة في أنشطة فريدة (مثل معالج الرسومات، وبطاقة الشبكة، والمودم الداخلي والمزيد).
ويتم كتابة البرامج المعاصرة مع مراعاة وجود هذه النوى عندما تشير كل منها إلى العمليات التي تتخصص فيها.
أعتقد أنه من الممكن جدًا أن تتم إضافة المعالج الكمي -إذا تم تطويره- إلى أجهزة الكمبيوتر الموجودة بنفس الطريقة.
يجب أن نتذكر أن برمجة المعالج الكمي ستتطلب خوارزميات خاصة تأخذ في الاعتبار ميزاته وإمكانياته وطريقة تشغيله المختلفة.
وهذا يعني أنه حتى عندما تصبح هذه التكنولوجيا متاحة، فلن يكون من الممكن تشغيل البرامج الموجودة عليها لأنها ستحتاج إلى تحويل (ونحن نتحدث عن كميات هائلة من البرامج، التي سيعمل المعالج الكمي على جزء كبير منها) ليس لها أي ميزة).
وبالتالي فإن الطريقة المعقولة للاستفادة من القدرات الجديدة ستكون طريقة تسمح بالانتقال التدريجي - وهو الانتقال الذي قد لا يكتمل أبدًا - من برمجيات حواسيب فون نيومان إلى برمجيات الحواسيب الكمومية - مع الحفاظ على التكامل بين العالمين. .
מיכאל
هل تريد أن تقول إن وحدة المعالجة ستكون شريحة عادية، مع توصيلات كهربائية خارجية عادية، فقط أن الحوسبة في جوهرها ستكون كمومية؟
اسد:
أتمنى أن تكون هذه هي المشكلة.
لا يوجد أي سبب لعدم استخدام وسائل الإدخال/الإخراج الموجودة.
من المفترض أن يتغلب الكمبيوتر الكمي على مشاكل سرعة الحساب ولا شيء غير ذلك.
لن أتفاجأ إذا - عندما يتمكنون من تطوير شيء ما في هذا الاتجاه - وإذا كان شيئًا يمكن أن يعمل في درجة حرارة الغرفة - ستبدأ الأجهزة الهجينة في الظهور حيث يمكن إضافة وحدة معالجة كمومية إلى وحدة معالجة كمية عادية. الكمبيوتر (كما يضيفون معالج الرسومات اليوم).
ستقوم هذه الوحدة بتشغيل برامج خاصة تعرف كيفية الاستفادة من قدراتها الفريدة ولكن سيتم إدارة الإدخال والإخراج لها بواسطة الكمبيوتر العادي.
ومن المثير للاهتمام كيف تفكر في توصيل المدخلات والمخرجات بجهاز كمبيوتر كمي؟
لقد كانوا يتحدثون عن الكمبيوتر الكمي لأكثر من 12 عامًا، عندما يخترعون شيئًا كهذا، أخبروني.
أرييه سيتر:
http://arxiv.org/PS_cache/cond-mat/pdf/0007/0007264v3.pdf
دان سولو:
لم أقل أنك ستأخذ هذا الشيء منهم، بل أشرت فقط إلى أنهم سيستمرون في التلويح به إلى الأبد.
من الممكن حقًا كتابة القياس بدلاً من الملاحظة وفي المقالة يُستخدم أيضًا مصطلح المراقب.
ليس لي أي تأثير على اختيار كلمات كاتب المقال، كما يمكن تفسير عبارة "القياس" على أنها تتطلب وجود كيان ذكي وواعي يقوم بالقياس.
ولإزالة أي احتمال لهذا النوع من سوء الفهم، جاء المقال كما يلي:
"في كتل المادة التي تحتوي على العديد من الجسيمات، "يراقب" الجميع بعضهم البعض، وبالتالي ينهار "تراكب" الجميع إلى حالة الوجود المادي.
من الواضح في هذا النص أن الأمر يتعلق بالجزيئات فقط ولا شيء آخر (ولكن كما ذكرنا لا يوجد خطر من أن يتأثر أهل العصر الجديد بهذا 🙂 )
مايكل،
أنا لا أشتري أي شيء من أهل العصر المشبوه، ولم أتناول سؤالي من هناك.
ما هي الملاحظة بدون وعي ولماذا مفهوم الملاحظة وليس القياس؟
دان سولو:
كما رأيت في المقال - فهي ليست ملاحظة واعية على الإطلاق.
يهتم الكاتب بتكرار وكتابة "شخص أو شيء ما" ويتحدث عن عدم وجود تأثيرات كمومية في الأنظمة العيانية لأن جميع مكوناتها "تراقب" جميع المكونات الأخرى.
ليس للإعلانات أي دور في القصة، لكن سوء الفهم هذا سيستمر في بيعه للعالم من قبل الناس في العصر الجديد.
عندي سؤال غير فيزيائي
إذا، تتغير نتائج القياسات الفيزيائية في فعل الملاحظة نفسه (أين رأيت أنهم يتحدثون عن الملاحظة الواعية)، أي، حسب فهمي، فإن وعينا يغير العالم المادي، فماذا يقول هذا عن عالمنا المادي؟ الواقع؟
إن الواقع المادي الذي نعيشه يُنظر إليه في أعيننا على أنه شيء ثابت ودائم، واحتمال أن نغيره في وعينا وفي حقيقة وجودنا، يقوض هذا التصور.
فكيف ينبغي لنا أن ننظر إلى هذا الواقع بالعين العلمية وما هو هذا الواقع؟
من لديه حلول (جزئية على ما أعتقد)؟
الجسيمات المحاكاة هي جسيمات رياضية.
"جسيمات وهمية تعادل شحنتها الكهربائية ثلث أو ربع أو خمس شحنة الإلكترون. هذه الجسيمات التي لا توجد في الطبيعة تم تصنيعها في مختبر البروفيسور موتي هايبلوم"
جسيمات خيالية؟ ما هم؟ ما هو بالضبط؟ هل يمكنك التوسع؟ إذا كان هناك اكتشاف مذهل هنا فهذا هو. ماذا تعني الافتراضيات وكيف تؤثر على طريقة مرور الإلكترونات كما هو موضح في المقال؟
باختصار -
؟ ؟ ؟ ؟ ؟ …
واو، يا له من مقال، لم أستطع التوقف عن القراءة، كان الأمر معقدًا للغاية لدرجة أنني كل 10 أسطر كنت أقرأ سطرين مرتين.
هناك سؤال مثير للاهتمام ذو صلة، وهو أنه إذا كان دماغنا عبارة عن كمبيوتر كمي، فلا ينبغي تجاهل أن هناك تفاعلات على مستوى الجزيئات الفردية، وبالتالي فمن الممكن أن تتحكم التأثيرات الكمومية في عمل دماغنا، مما قد يعقد الأمور بشكل لا يقاس. .