13 أكتوبر 2025·8 دقيقة
شرح الحوسبة الكمّية: لماذا تشكل المستقبل
اكتشف ما هي الحوسبة الكمّية، كيف تعمل الكيوبتات، ولماذا قد تحوّل هذه التكنولوجيا التشفير والعلوم والصناعة في العقود المقبلة.
اكتشف ما هي الحوسبة الكمّية، كيف تعمل الكيوبتات، ولماذا قد تحوّل هذه التكنولوجيا التشفير والعلوم والصناعة في العقود المقبلة.
الحوسبة الكمّية هي طريقة جديدة لبناء الحواسيب تستخدم قوانين الفيزياء الكمّية بدلاً من الإلكترونيات الاعتيادية. حيث تتبع الحواسيب التقليدية منطقًا مألوفًا نعم/لا، تستغل الحواسيب الكمّية السلوك الغريب للجسيمات على مقاييس صغيرة لمعالجة أنواع معينة من المشكلات بطريقة مختلفة كليًا.
تخزّن الحواسيب الكلاسيكية المعلومات في بتات. كل بت هو إما 0 أو 1. كل ما يفعله حاسوبك المحمول أو هاتفك مبني على أنماط هائلة من هذه 0 و1 التي تتبدّل بسرعة كبيرة.
تستخدم الحواسيب الكمّية الكيوبتات (البت الكمّي). يمكن للكيوبت أن يكون 0 أو 1 أو خليطًا من الاثنين في نفس الوقت. هذه الخاصية، المسماة التراكب، تسمح لمجموعة من الكيوبتات بتمثيل حالات كثيرة بالتوازي بدلًا من حالة واحدة في كل مرة.
يمكن أيضًا أن تكون الكيوبتات متشابكة، ما يعني أن حالاتها مرتبطة بطريقة لا توجد لها تماثلات حقيقية في الحوسبة الكلاسيكية. تغيير كيوبت واحد يؤثر فورًا على شريكه المتشابك، بغضّ النظر عن المسافة الفاصلة. تستخدم الخوارزميات الكمّية التراكب والتشابك معًا لاستكشاف احتمالات عديدة بكفاءة تفوق قدرة الآلة الكلاسيكية.
بسبب هذه التأثيرات، قد تحول الحواسيب الكمّية مستقبل الحوسبة لمهام محددة: محاكاة الجزيئات والمواد، تحسين الأنظمة المعقّدة، تدريب نماذج ذكاء اصطناعي معينة، أو كسر وإعادة بناء التشفير. لن تحل محل حاسوبك المحمول في البريد أو مكالمات الفيديو، ولكن لبعض المشاكل المتخصصة قد تتفوّق في النهاية على أقوى الحواسيب الكلاسيكية.
لهذا تَتعامل الحكومات والشركات الكبرى والبدءـآب مع الحوسبة الكمّية كتكنولوجيا استراتيجية للعلوم والصناعة والأمن القومي.
هذه المقالة مخصّصة لـ المبتدئين الفضوليين الراغبين بفهم ما هي الحوسبة الكمّية، وكيف تعمل الحواسيب الكمّية على مستوى عالٍ، وكيفية المقارنة بين الكمّي والكلاسيكي.
سنسير عبر الكيوبتات والتراكب، المبادئ الكمّية الرئيسية، الأجهزة الحالية، الخوارزميات الكمّية الواقعية، التطبيقات الواعدة، القيود والضجيج الحالي، تأثيرها على الأمن السيبراني، وكيف يمكنك البدء بتعلّم أساسيات هذا المجال الناشئ.
تخزّن الحواسيب الكلاسيكية المعلومات في بتات. البت هو أصغر وحدة بيانات ممكنة: يمكن أن يكون إما 0 أو 1، لا شيء بينهما. داخل الشريحة، يكون كل بت عادة ترانزستورًا صغيرًا يعمل كمفتاح. إذا كان المفتاح مغلقًا تحصل على 0؛ وإذا كان مفتوحًا تحصل على 1. كل ملف أو صورة أو برنامج هو في النهاية سلسلة طويلة من هذه 0 و1 الحتمية.
الكيوبت (البت الكمّي) مختلف. ما زال قائمًا على حالتين أساسيتين نُسميهما 0 و1، لكن بفضل الفيزياء الكمّية، يمكن أن يكون الكيوبت في تراكب من الحالتين معًا. بدلًا من أن يكون 0 أو 1 فقط، يمكن أن يكون "جزئياً 0 وجزئياً 1" باحتمالات معيّنة.
البت مثل عملة مسطحة على الطاولة: إما وجه (0) أو نقش (1)، واضح وحتمي.
الكيوبت أشبه بـ عملة تدور. بينما تدور، لا تكون فقط وجهًا أو نقشًا؛ تكون مزيجًا من الاحتمالات. فقط عندما توقف العملة وتنظر (المكافئ الكمّي للقياس) تُجبر الحالة الكمّية على أن تُظهر إما وجهًا أو نقشًا. قبل ذلك، تحمل حالة الدوران معلومات أكثر من نتيجة ثابتة.
يُنفَّذ الكيوبت الحقيقي باستخدام أنظمة فيزيائية صغيرة يمكننا التحكم في سلوكها الكمّي، مثل:
هذه الأنظمة شديدة الهشاشة. الاضطرابات الصغيرة—الحرارة، الاهتزاز، الحقول الكهرومغناطيسية الطائشة—تدفع الكيوبتات خارج حالاتِها الكمّية الدقيقة، وهي مشكلة تُعرف باسم اضمحلال التماسك. الحفاظ على عزل الكيوبتات مع إمكانية التحكم فيها هو أحد أكبر التحديات الهندسية لجعل الحواسيب الكمّية عملية.
البتات متينة وبسيطة؛ الكيوبتات دقيقة وقوية، لكنها أصعب بكثير في الترويض. هذا المقايضة في صميم سبب كون الحوسبة الكمّية واعدة ومطالبة تقنيًا في آنٍ واحد.
لفهم ما هي الحوسبة الكمّية ولماذا قد تشكّل مستقبل الحوسبة، تحتاج إلى ثلاثة أفكار مركزية: التراكب، التشابك، والتداخل. قد تبدو مجردة، لكن يمكن ربطها بتشبيهات يومية.
البت الكلاسيكي مثل مفتاح ضوء عادي: إما مطفأ (0) أو مُضاء (1).
الكيوبت أشبه بمفتاح تعتيم. يمكن أن يكون مطفأ تمامًا، أو مضاء تمامًا، أو في أي مستوى بينهما. من الناحية الكمّية نقول إن الكيوبت في تراكب من 0 و1 — مزيج من "مطفأ" و"مضاء" في الوقت نفسه، مع احتمالات محددة.
رياضيًا، هذا مزيج موزون من 0 و1. عمليًا، يعني أن الحاسوب الكمّي يمكنه إعداد حالات عديدة للنظام بالتوازي قبل أن ننظر إلى النتيجة.
التشابك هو نوع خاص من الارتباط بين الكيوبتات.
تخيل حجرين نرد متزامنين تمامًا: كلما رقيت واحدًا، يظهران دائمًا نفس الرقم، مهما بعدت المسافة بينهما. الكيوبتات المتشابكة تشبه ذلك، لكن بقواعد كمّية. قياس أحدهما يخبرك فورًا شيئًا عن الآخر.
هذا ليس سحرًا ولا إرسالًا أسرع‑من‑الضوء؛ إنه ببساطة كيف تُبنى الحالة الكمّية المشتركة. يسمح التشابك للخوارزميات الكمّية بمعالجة كثير من الكيوبتات كنظام واحد مترابط، وهو أمر حاسم لقوتها.
الحالات الكمّية تتصرّف كموجات. يمكن للموجات أن تتداخل:
تصمم الخوارزميات الكمّية بحيث تتداخل المسارات الحسابية التي تقود إلى الأجوبة الصحيحة بصورة بنّاءة، بينما تُلغى المسارات التي تؤدي إلى الأجوبة الخاطئة.
طالما لم تقم بقياس الكيوبت، يمكنه البقاء في حالة تراكب ومتشابك مع آخرين. القياس مثل التحقق النهائي من العملة بعد تخيّلها وهي تدور: الحالة الكمّية "تنهار" إلى 0 أو 1 محدّد.
فن تصميم الخوارزميات الكمّية هو:
معًا، تشرح هذه المبادئ كيف تعمل الحواسيب الكمّية بشكل مختلف عن الكلاسيكية ولماذا يمكنها حلّ بعض المشاكل بكفاءة أكبر، حتى لو لم تكن أسرع عالمياً لكل شيء.
ليست كل الحواسيب الكمّية مبنية بنفس الطريقة. تُستكشف عدة بنى متنافسة، كل منها يمتلك نقاط قوة وحدودًا مختلفة.
الحواسيب الكمّية القائمة على البوابات هي أقرب تشبيه للحواسيب الكلاسيكية.
تستخدم الآلات الكلاسيكية بوابات منطقية (AND، OR، NOT) تعمل على البتات. توصل كثيرًا من البوابات معًا في دائرة، وتُحدّد المخرجات تمامًا بواسطة المدخلات.
تستخدم الحواسيب الكمّية بوابات كمّية تعمل على الكيوبتات. هذه البوابات عمليات قابلة للعكس تدير وتتشابك الكيوبتات. الخوارزمية الكمّية هي تسلسل من هذه البوابات مطبّقًا بتوقيت وتحكم دقيق.
معظم المنصات التي تسمع عنها—الكيوبات فائقة التوصيل (IBM، Google، Rigetti)، الأيونات المحبوسة (IonQ، Honeywell/Quantinuum)، والدوائر الضوئية (PsiQuantum، Xanadu)—تسعى إلى هذا النموذج العام القابل للبرمجة.
المِلَمِّعات الكمّية، مثل أجهزة D‑Wave، متخصصة أكثر.
بدلاً من تشغيل دوائر كمّية عامة، فهي مصممة لحل مشكلات تحسين. تُرمز المشكلة (مثلاً اختيار أفضل مجموعة خيارات تحت قيود) إلى منظر طاقة، ويبحث الجهاز عن حالات الطاقة المنخفضة التي تمثّل حلولًا جيدة.
تُستخدم المِلَمِّعات لمهام مثل الجدولة، تحسين المحافظ، أو بعض تدفقات العمل في التعلّم الآلي، لكنها ليست حواسيب كمّية عامة بالمعنى ذاته للحواسيب القائمة على البوابات.
هناك نهجان إضافيان مهمان من الناحية المفهومية، رغم أنهما أقل حضورًا في المنتجات التجارية اليوم:
كلاهما يعدان طرقًا أنيقة لبناء أنظمة كمّية كبيرة وموثوقة، لكنهما لا يزالان في مراحل تجريبية مبكرة.
سترى كثيرًا وصف الأجهزة الحالية بأنها NISQ: الجيل الوسيط الضجيجي.
في أجهزة NISQ تتراكم الأخطاء بسرعة بحيث لا يمكن تشغيل خوارزميات عميقة ودقيقة. يبحث الباحثون عن خوارزميات تستطيع استخراج نتائج مفيدة ضمن هذه القيود.
الهدف طويل الأمد هو الحوسبة الكمّية المقاومة للأخطاء، حيث:
من المفترض أن الأجهزة المقاومة للأخطاء ستشغّل خوارزميات عميقة بشكل موثوق—مما يفتح تطبيقات قوية في الكيمياء والمواد والتحليل الشفرات والمزيد—لكن هذا يتطلب عددًا أكبر بكثير من الكيوبتات وتقدّمًا هندسيًا ملحوظًا.
معظم الحواسيب الكمّية الحالية:
يُدفع كل من البنى المتنافسة بالتوازي لأنه لم يتضح بعد أي نهج—أو مزيج من النهج—سيتدرج بأفضل شكل نحو الحوسبة الكمّية العملية المقاومة للأخطاء.
الخوارزمية كمّية هي إجراء خطوة‑بخطوة صُمّم لحاسوب كمٍّي، يستخدم الكيوبتات والتراكب والتشابك لمعالجة المعلومات بطرق لا تستطيع خوارزميات كلاسيكية فعلها.
الخوارزميات الكلاسيكية تعمل ببتات تكون 0 أو 1 في كل خطوة. الخوارزميات الكمّية تعمل بحالات كمّية يمكن أن تكون 0 و1 في الوقت نفسه، ثم تستخدم التداخل لتعزيز الإجابات الصحيحة وإلغاء الخاطئة. الهدف ليس تجربة كل احتمال بشكل أسرع، بل هيكلة الحساب بحيث توجه فيزياء النظام نحو الحل.
خوارزمية شور مثال دراسي للميزة الكمّية.
على حاسوب كمٍّي كبير ومصحّح أخطاء، قد تحلل شور أعدادًا تؤمن التشفير العام الحديث، لذا هي مركزية في مناقشات مستقبل الأمن السيبراني.
خوارزمية غروفر تتعامل مع مهمة مختلفة: البحث في قائمة غير منظمة.
هذه ليست تسريعًا أُسّيًا، لكنها تحسّن مهم للمساحات البحثية الضخمة.
يمكنك تجربة خوارزميات صغيرة النطاق باستخدام أدوات حقيقية:
تتيح هذه الأُطُر تصميم الدوائر، تشغيلها على المحاكيات أو الأجهزة الحقيقية، وتحليل النتائج.
الخوارزميات الكمّية لا تسرّع كل مشكلة. للعديد من المهام تبقى أفضل الطرق الكلاسيكية منافسة أو متفوقة. التفوّق الكمّي يعتمد على المشكلة: بعض المسائل (مثل التحليل ومحاكاة كيمياء محددة) تظهر وعدًا قويًا، بينما أخرى لا تستفيد تقريبًا. القوة الحقيقية للحوسبة الكمّية تكمن في مطابقة الخوارزمية الصحيحة بالمشكلة المناسبة.
الحواسيب الكمّية ليست "حواسيب أسرع" فحسب. هي أدوات لمشكلات محددة حيث تتطابق التأثيرات الكمّية مع الرياضيات. هذه المناطق المميزة تبدأ بالظهور.
الجزيئات أنظمة كمّية، لذا محاكاتها بدقة على الآلات الكلاسيكية صعبة للغاية. الذاكرة المطلوبة تنمو أُسّياً مع حجم الجزيء.
الكيوبتات والتراكب تسمحان للحاسوب الكمّي بتمثيل العديد من الحالات الكمّية في وقت واحد. خوارزميات مثل Variational Quantum Eigensolver (VQE) تهدف إلى:
إذا نضجت هذه الطرق، قد تقلّل من مرحلة التجربة والخطأ في مختبرات الكيمياء وبحوث المواد.
العديد من المشكلات الواقعية هي: اختر أفضل خيار من بين عدد هائل من الاحتمالات.
أمثلة نموذجية:
تحاول الخوارزميات الكمّية للتحسين (مثل QAOA وطرق Annealing) استكشاف تكوينات كثيرة بالتوازي والتقارب إلى حلول عالية الجودة بشكل أسرع أو أكثر موثوقية من الطرق الكلاسيكية.
لا نملك بعد دليلًا قاطعًا على تسريعات كمّية عامة وكبيرة هنا، لكن تجارب صغيرة في اللوجستيات والجدولة ومحافظ نموذجية جارية.
يستكشف التعلم الآلي الكمّي ما إذا كان يمكن للحالات الكمّية ترميز البيانات بطرق تبرز أنماطًا قد تفوت النماذج الكلاسيكية.
أفكار مبكرة تشمل:
حاليًا، هي تجارب على مجموعات بيانات صغيرة. لا يوجد بديل كمّي لمعالجة التعلم العميق السائدة بعد.
بخلاف الكيمياء، قد تساعد الحواسيب الكمّية في محاكاة:
هذه المحاكاة غالبًا ما تكون خارج متناول أقوى الحواسيب الكلاسيكية. قد تخدم الأجهزة الكمّية مستقبلًا كـ "محاكيات كمّية" تعطي الفيزيائيين وصولًا مباشرًا إلى سلوكيات اليوم يقتربون منها فقط تقريبًا.
لغالبية حالات الاستخدام هذه، نحن في مرحلة البحث والبروتوتايب:
لذا عندما تقرأ عن تطبيقات "ثورية"، اعتبرها تجارب واعدة تشير إلى أدوات مستقبلية، لا تقنيات يمكنك دمجها في الإنتاج اليوم. ستأتي القيمة الحقيقية تدريجيًا مع تصاعد الأجهزة، وانخفاض معدلات الأخطاء، ودمج أفضل الطرق الكلاسيكية والكمّية.
الكيوبتات حسّاسة للغاية. يجب أن تبقى معزولة تمامًا عن محيطها بينما يمكن التحكم فيها بواسطة إلكترونياتنا. أي اهتزاز طفيف، حرارة، أو حقل كهرومغناطيسي عشوائي يمكن أن يزعجها ويدمر المعلومات الكمّية.
إبقاء عدد صغير من الكيوبتات ثابتًا صعب؛ وإبقاء مئات أو ملايين ثابتة في آنٍ واحد يمثل تحديًا مختلفًا كليًا. هذا ما يتطلبه حلّ المشكلات الكبيرة والمفيدة.
قضيتان رئيسيتان تهيمنان على الأجهزة الحالية:
معًا، يعني هذا أن أجهزة اليوم يمكنها تشغيل دوائر قصيرة فقط قبل أن تطغى الأخطاء على النتيجة.
لمواجهة الضجيج، يستخدم الباحثون تصحيح الأخطاء الكمّية (QEC). الفكرة الأساسية: تشفير كيوبت "منطقي" واحد في العديد من الكيوبتات الفيزيائية حتى يمكن اكتشاف الأخطاء وتصحيحها دون قياس المعلومات الكمّية مباشرة.
المقايضة هائلة. اعتمادًا على معدلات الأخطاء والشيفرة المستخدمة، قد يتطلب كيوبت منطقي واحد مئات أو آلاف الكيوبتات الفيزيائية. هذا يعني أن ماكينة بملايين الكيوبتات الفيزيائية قد توفر بضعة آلاف فقط من الكيوبتات المنطقية عالية الجودة.
حتى لو استطعنا تصنيع ما يكفي من الكيوبتات، فسنحتاج أيضًا إلى:
دفع جزء واحد قُدُمًا (مثلاً عدد الكيوبتات) غالبًا ما يجهد جزءًا آخر (مثل تعقيد التحكم أو معدلات الأخطاء).
بما أن هذه التحديات مترابطة، يختلف الخبراء بصدق حول الجداول الزمنية. بعضهم يتوقع أجهزة مقاومة للأخطاء عملية خلال عقدين؛ والبعض الآخر يظن أنها قد تستغرق وقتًا أطول—أو تتطلب نهجًا جديدًا كليًا.
الشيء الواضح هو أن التقدّم حقيقي لكنه تدريجي. الحوسبة الكمّية ليست على وشك أن تحل محل الكلاسيكية في كل مكان، ويجب التعامل بحذر مع الادعاءات الجريئة عن اختراقات قريبة. المجال يتحرك بسرعة، لكن حدود الفيزياء والهندسة حقيقية جدًا.
الحوسبة الكمّية تتحدى مباشرة الافتراضات الرياضية التي تحافظ على أمان معظم اتصالات اليوم.
التشفير العام الحديث (مثل RSA وECC) مبني على مشكلات صعبة للغاية للحواسيب الكلاسيكية:
تستغرق الخوارزميات الكلاسيكية وقتًا كبيرًا جدًا لحل هذه المشكلات عند أحجام المفاتيح العملية، ولهذا تُعتبر اتصالات متصفحك، VPN، وتحديثات البرمجيات آمنة اليوم.
تُبيّن خوارزمية شور أن حاسوبًا كمّيًا كافيًا ومصحّح الأخطاء يمكنه تحليل الأعداد وحل اللوغاريتمات بكفاءة. هذا سيكسر مخططات شائعة مثل RSA وECC، مما يقوّض TLS، توقيع الشيفرات، العملات المشفّرة، البريد الآمن، وأنظمة المصادقة.
حتى مع عدم وجود حواسيب كمّية واسعة النطاق اليوم، قد يجمع المهاجمون البيانات المشفّرة الآن ليعمدوا إلى فك تشفيرها لاحقًا عندما تتوفر الأجهزة المناسبة.
التشفير ما بعد الكمّ، أو التشفير المقاوم للكمّ، يستخدم تراكيب رياضية جديدة يُعتقد أنها تقاوم هجمات كلاسيكية وكمّية على حد سواء.
معظم المخططات المقترحة لا تزال خوارزميات كلاسيكية تعمل على الأجهزة الاعتيادية؛ هي فقط تعتمد على مشكلات (مثل مشكلات الشبكات lattice، أو المشكلات المبنية على الشفرات، أو بنى قائمة على التجزئة) التي لا نعرف هجمات كمّية فعالة ضدها.
الانتقال إلى تشفير ما بعد الكمّ ليس تبديل مكتبة سهلًا. على المؤسسات أن:
المنظمات المعيارية والحكومات تتهيأ لمستقبل كمّي:
بالنسبة للقطاعات الحساسة—المالية، الصحية، الحكومية، الدفاع—بات التخطيط للانتقال إلى تشفير مقاوم للكمّ أمرًا لا مفرّ منه. ستستغرق العملية سنوات، ومن يبدأ الآن سيكون أفضل استعدادًا عند وصول الحواسيب واسعة النطاق.
الحوسبة الكمّية لم تعد فكرة نظرية فقط. هناك أجهزة حقيقية تُجري تجارب حقيقية ومتاحة للمطورين حول العالم. لكن المجال لا يزال في بداياته، ومعظم العمل يبدو كبحث وتطوير متقدم أكثر منه منتجات ناضجة.
بعض الشركات الكبرى تبني سلاسل كمّية كاملة: الأجهزة، إلكترونيات التحكم، المجمعات، وأدوات البرمجيات.
من خلال هذه المنصات، يمكن لأي شخص متصل بالإنترنت تشغيل برامج كمّية صغيرة على أجهزة حقيقية أو محاكيات عالية الجودة. نموذج "الكمّ عبر السحابة" هو كيف يتفاعل معظم الباحثين والطلاب اليوم مع الحواسيب الكمّية.
إلى جانب عمالقة التكنولوجيا، هناك موجة من الشركات الناشئة تراهن على بنى فيزيائية مختلفة:
شركات مثل IonQ وQuantinuum وRigetti وPsiQuantum وXanadu والعديد غيرها تستكشف أي منصة ستتدرّج بأفضل شكل. عدّة منها تعرض أجهزتها عبر بوابات سحابيّة أو تتكامل مع مزوّدي السحابة الكبار.
المجموعات الأكاديمية والمختبرات الوطنية ما زالت تقود جزءًا كبيرًا من التقدّم الأساسي:
تموّل البرامج الحكومية في أمريكا الشمالية وأوروبا وآسيا مبادرات كمّية منسقة تجمع الجامعات والمختبرات والشركات.
تتركز المعالم العامة على:
تجربة "تفوق الكمّ" المبكّرة من Google ونتائج لاحقة من أنظمة فوتونية صينية جذبت الانتباه، لكن هذه المهام كانت تخصصية للغاية وليست مفيدة مباشرة للتطبيقات اليومية. مع ذلك، برهنت أن الأجهزة الكمّية يمكنها فعل شيء يصعب على الحاسبات الكلاسيكية تحت شروط معينة.
برغم العناوين الكبيرة، فإن الأجهزة الحالية تُعرف باسم NISQ:
المجال يتقدّم بسرعة: كيوبتات أفضل، تصنيع محسن، تخفيف أخطاء أذكى، وسلاسل أدوات برمجية أكثر نضجًا تظهر كل سنة. في المقابل، يتم ترويض التوقّعات. يرى معظم الجهات الجدّية الحوسبة الكمّية كمجهود طويل الأجل يقاس بعقود وليس كسقوط مفاجئ للحلول التقليدية.
إذا رغبت بالمشاركة الآن، فهذا وقت ممتاز: الأجهزة جيدة بما فيه الكفاية للتجريب، متاحة عبر السحابة، ولا تزال مبكرة بما يكفي لتمكين أفكار جديدة—من الخوارزميات إلى التطبيقات—لتحقيق تأثير حقيقي.
الاستعداد للكمّ ليس التكهّن بتاريخ التغير، بل بناء ثقافة ومهارات تتيح التعرف على الفرص والمخاطر الحقيقية.
أساسيات الرياضيات
ركّز على الضروريات في الجبر الخطي: المتجهات، الأعداد المركبة، المصفوفات، جداء الضرب العُنصري (tensor products)، القيم الذاتية والمتجهات الذاتية. حتى فهم نظري بسيط يساعد كثيرًا عند قراءة عن الكيوبتات والبوابات الكمّية.
الأفكار الكمّية الأساسية
تعلّم المفاهيم الأساسية دون الغوص في كل فيزياءها: الحالات الكمّية، التراكب، القياس، التشابك، والتداخل. دورات مصغّرة وفيديوهات مبسطة غالبًا ما تكون كافية للبدء.
برمجة الدوائر الكمّية
إذا كنت تبرمج، جرّب أدوات Python مثل Qiskit أو Cirq أو واجهات Braket. ابدأ على المحاكيات ثم جرب دوائر صغيرة على الأجهزة الحقيقية.
حاسوب كمّي هو جهاز يستخدم قوانين الفيزياء الكمّية لمعالجة المعلومات. بدلاً من العمل فقط مع 0 و1 الحتميين مثل الحاسوب الكلاسيكي، يستخدم الكيوبتات التي يمكن أن تكون في حالة تراكب بين 0 و1 ويمكن أن تكون متشابكة مع كيوبات أخرى. هذا يمكّن من استكشاف بعض المشاكل بالتوازي بطرق لا تستطيع الآلات الكلاسيكية محاكاتها بسهولة.
البت الكلاسيكي يكون دائماً إما 0 أو 1، مثل مفتاح إضاءة مُطفأ أو مُضاء. الكيوبت يمكن أن يكون في تراكب من 0 و1 في الوقت نفسه، وعدد من الكيوبتات يمكن أن يصبح متشابكاً، مما يخلق ترابطات أقوى من أي شيء في الأنظمة الكلاسيكية. هذا الهيكل الإضافي يعطي الخوارزميات الكمّية مجالاً أوسع لمعالجة المعلومات واستخدام التداخل لتعزيز الإجابات الصحيحة.
الحواسيب الكمّية واعدة بشكل خاص في المجالات التالية:
لا تساعد الحواسيب الكمّية كثيراً في المهام اليومية مثل التصفّح أو تطبيقات المكتب أو قواعد البيانات العادية.
لا. الحواسيب الكمّية ليست بدائل عامة للحواسيب الكلاسيكية. هي مُسرّعات متخصّصة لمهام صعبة معينة، مثلما تُسرّع وحدات معالجة الرسوميات (GPUs) رسوميات وبعض أحمال الذكاء الاصطناعي. للمهمات اليومية—البريد الإلكتروني، المستندات، الألعاب، تطبيقات الويب—ستبقى الحواسيب الكلاسيكية هي العامل الأساسي، وقد تتكامل مع خدمات كمّية في الخلفية لمهام متخصصة.
NISQ اختصار لعبارة Noisy Intermediate-Scale Quantum (كمّي وسيط ضجيجي). الأجهزة الحالية:
هي ممتازة للبحث والتعليم والبروتوتايب، لكنها ليست جاهزة بعد لأحمال عمل إنتاجية وكبيرة النطاق.
عظمة التشفير العام الحالي (مثل RSA وECC) تعتمد على مشكلات حسابية صعبة للحواسيب الكلاسيكية:
خوارزمية شور (Shor) تُظهر أن حاسوباً كمّياً كافياً وذات تصحيح أخطاء قادر يمكنه تحليل الأعداد وحل اللوغاريتمات بسرعة، ما يكسر العديد من بروتوكولات التشفير المستخدمة اليوم. لهذا السبب يجري العمل على التشفير ما بعد الكمّ (post‑quantum cryptography) الذي يُفترض أن يقاوم هجمات كلاسيكية وكمّية على حد سواء.
الخبراء يتفقون عمومًا أن الأجهزة العملية الكبيرة والصالحة للعمل مع تصحيح أخطاء كامل (fault‑tolerant) هي مسألة سنوات إلى عقود. التقدّم حقيقي لكنه تدريجي: جودة الكيوبتات، أعدادها، وتقنيات تصحيح الأخطاء يجب أن تتحسّن معًا. وبما أن الجداول الزمنية غير مؤكدة، فإن التخطيط الأمني وتطوير المهارات يجب أن يبدأ الآن حتى لو لم تظهر آلات واسعة النطاق في الغد.
نعم. يمكنك برمجة دوائر كمّية صغيرة اليوم باستخدام منصات سحابية وأدوات مفتوحة المصدر مثل Qiskit وCirq وخدمات مثل Amazon Braket. نهج عملي:
الشركات لا تحتاج بعد إلى استراتيجيات كمّية كاملة، لكن يجب أن تبدأ بالتحضيرات منخفضة المخاطر:
الأشخاص المستفيدون من التعلم المبكر يشملون المطورين، علماء البيانات، مهندسي الأمن، والقادة الفنيين في المجالات البحثية أو الحساسة أمنيًا. ليست هناك حاجة لخلفية فيزياء قوية؛ فهم عملي للجبر الخطي (متجهات، مصفوفات، أعداد مركبة) إلى جانب الفضول حول التراكب والتشابك والدوائر الأساسية يكفي للبدء بدورات تمهيدية وتجارب عملية.