الحساب الكمي هو موضوع شائع في السنوات الأخيرة، وفيلم "فهم الحوسبة الكمية في ساعة" الذي أنتجه PanSci يستكشف تقنيات الحوسبة الكمية الأساسية وتطورها المستقبلي بطريقة سهلة ومفهومة للجمهور. في غضون ساعة واحدة فقط، يغطي الفيلم مبادئ عمل بتات الكم، وتطبيقات الحوسبة الكمية، والتحديات التي تواجهها التكنولوجيا الحالية. فيما يلي أهم النقاط والملاحظات من هذا الفيلم، حتى نتعرف سويًا على الثورة الكمية التي تجتاح العالم.
ما مدى سرعة أجهزة الكمبيوتر الكمومية؟
في بداية الفيلم ، يتم استخدام حالة مدهشة لتوضيح قدرة الحوسبة الكمية: قادر كمبيوتر جوجل الكمية Sycamore على إكمال مهمة حسابية تستغرق الكمبيوتر العملاق التقليدي 10000 عام في 200 ثانية فقط ، وهذا ما يُعرف بـ "هيمنة الكم". بدلاً من الاعتماد على الحواسيب التقليدية التي تعتمد على النظام الثنائي في الحسابات ، يستخدم الحاسوب الكمي "بت الكم" (بت الكيوبيت) ، الذي يمكنه تمثيل حالة تجاوز 0 و 1 في نفس الوقت ، وبالتالي يتمكن من إجراء العمليات بكفاءة أعلى. هذه القدرة الحسابية غير الخطية والنمو الأسي يسمح للحواسيب الكمية بإظهار إمكانات لم يسبق لها مثيل في حل المشكلات المعقدة.
قد يتم اختراق تقنية التشفير في ثوانٍ قليلة
في الفيلم ، يتم شرح أن التشفير في عالم الإنترنت الحالي في جوهره هو تحليل عوامل الأعداد الأولية ، حيث يتم استخدام مشكلة تحليل عوامل الأعداد الأولية الصعبة جدًا للسماح فقط للأشخاص الذين يعرفون الإجابة بقراءة الرسائل. بالنسبة لقواعد التشفير الشائعة في الوقت الحالي ، إذا كنت ترغب في فك هذا التشفير ، فستحتاج إلى حل تحليل عوامل الأعداد الأولية العملاقة التي تتكون من أكثر من 600 رقم ، وستستغرق الكمبيوترات التقليدية عشرات الملايين من السنين ، أو ربما مئات الملايين من السنين للتعامل مع هذا النوع من المشكلات. ومع ذلك ، يمكن لخوارزمية شور (Shor’s Algorithm) حلها في حوالي دقيقة ، أو ربما في غضون بضع ثوانٍ فقط.
التقنيات الأساسية: التراكم الكمي والتشابك الكمي
يقوم الفيلم بتحليل العمق للتكنولوجيا الأساسية للحوسبة الكمية: التراكم الكمي والتشابك الكمي. يسمح حالة التراكم للبت الكمي بتمثيل عدة حالات في نفس الوقت، مما يعزز كفاءة معالجة المعلومات؛ بينما تسمح حالة التشابك للبت الكمي المترابط بالتأثير على حالات بعضها البعض على الفور حتى عند التباعد الكبير بينها. هذه الظاهرة تجعل الكمبيوتر الكمي لديه ميزة مطلقة في الحوسبة الموازية.
مثلاً، في الفيلم، يُشبه الكمبيوتر التقليدي الفأر في القفص، حيث يجب أن يجرب كل مسار في المتاهة بشكل تدريجي؛ بينما يُعتبر الكمبيوتر الكمّي مثل 'قطّ الكمّية'، حيث يمكنه استكشاف جميع المسارات في نفس الوقت والعثور مباشرةً على المخرج، مما يقلل بشكل كبير من وقت الحساب.
تطبيقات الكمبيوتر الكمية التي تتجاوز الحدود
يستكشف الفيلم بشكل أعمق تطبيقات الحاسوب الكمي الفعلية، خاصة في مجال محاكاة المناخ وتحليل الأسواق المالية والبحوث الطبية، والتي تتمتع بإمكانيات ثورية. على سبيل المثال، يمكن تقليص وقت تطوير الأدوية الجديدة بشكل كبير من خلال محاكاة هيكل الجزيئات باستخدام الحوسبة الكمية؛ وفي مجال الأعمال المالية، يمكن أيضًا محاكاة ديناميات السوق من خلال قوة الحوسبة المتوازية لمساعدة اتخاذ القرارات الاستثمارية.
ذكرت أيضًا الخوارزميات الكمية الكلاسيكية البارزة: خوارزمية غروفر وخوارزمية شور. يمكن للأولى تحسين كفاءة البحث في قواعد البيانات غير المرتبة، بينما تظهر الثانية قدرتها على كسر تشفير RSA التقليدي، مما يظهر الأثر الكارثي للحوسبة الكمية في مجال أمان المعلومات.
تحديات الحوسبة الكمية: الاستقرار وتداخل البيئة
كشف الفيلم أيضًا عن التحديات التي تواجهها الحوسبة الكمية في الوقت الحاضر ، خاصة مشكلة التشويش الكمي. نظرًا لأن حالة الكمية يمكن أن تتأثر بسهولة بتداخل البيئة الخارجية (مثل الموجات الكهرومغناطيسية أو الاهتزاز الطفيف) ، فإن استقرار البت الكمي يشكل أكبر عقبة في تطوير الحوسبة الكمية. بالإضافة إلى ذلك ، يحتاج الكمبيوتر الكمي إلى العمل في بيئة باردة تقترب من الصفر المطلق ، مما يزيد بشكل كبير من تكلفته التشغيلية وصعوبة نشره.
يشير الفيلم إلى أن أجهزة الكمبيوتر الحالية لا زالت تحتاج إلى تقدم إضافي في معدل الأخطاء والاستقرار، خاصة في كيفية تحقيق تراص مستقر لفترة زمنية طويلة وحالة التشابك، وهي محور البحث الحالي.
يذكر الفيلم على وجه التحديد أن أجهزة الكمبيوتر الكمومية كانت تعتبر أعلى المستويات في سباق تكنولوجيا الجيل التالي ، وقد استثمرت البلدان بكثافة في التنمية. تتنافس كل من Google و IBM و Microsoft في الولايات المتحدة ، وبرنامج التكنولوجيا الكمومية الرائد في الاتحاد الأوروبي ، والكمبيوتر الكمومي الصيني "الفصل 9" على "التفوق الكمي". حتى أن الفيلم يقارن البحث والتطوير الحالي في مجال تكنولوجيا الكم ب "مشروع مانهاتن الحديث" ، مشيرا إلى أن البلدان أو الشركات التي لديها أجهزة كمبيوتر كمومية في المستقبل قد تهيمن على السياسة والاقتصاد الدوليين.
ذكر الفيلم أيضًا أن الصين قامت بتطوير حاسوب كمّي فائق التوصيل بالإضافة إلى كونها ، وقد طوّرت أيضًا حاسوب كمّي بناءً على الفوتونات يُعرف بـ 'جيو تشانغ'، مما يظهر إمكانية الطرق التقنية المتعددة.
التخطيط الكمي في تايوان: من شرائح النصف الموصلات إلى رقائق الكم
في سباق الحوسبة الكمية العالمي، أظهرت تايوان موقفًا إيجابيًا. تم التأكيد في الفيديو على أن أول حاسوب كمي تايواني تم تطويره من قبل أكاديمية العلوم في عام 2024، وعلى الرغم من أنه يحتوي فقط على 5 بتات كمية، إلا أنه يرمز إلى دخول تايوان بشكل رسمي إلى ميدان الحوسبة الكمية. بفضل الأفضلية التكنولوجية في تصنيع الشرائح النصفية، تمتلك تايوان الإمكانات لتحقيق تقدم في تصنيع رقائق الكم وتطوير التطبيقات.
أشار الفيلم إلى أن إنتاج الكمبيوتر الكمي في المستقبل سينطوي على تحديات في مجالات متعددة مثل علم المواد وتكنولوجيا التصنيع، وهذه المجالات تعد من تخصص تايوان. إذا تمكنا من تحقيق اختراق في مجال رقائق الكم، فقد تصبح تايوان شريكًا هامًا في تطوير تقنية الكم.
الحوسبة الكمية 的未來：機遇與挑戰並存
في النهاية، اختتم الفيلم بلغة متفائلة وعقلانية، مشيرًا إلى أن الحوسبة الكمية، على الرغم من امتلاكها إمكانيات هائلة، إلا أنها تحتاج إلى مزيد من الوقت لتحقيق التجارة الشاملة والانتشار الواسع. من استقرار الأجهزة إلى تطوير خوارزميات البرمجيات، كل جزء يتطلب التغلب على العديد من التحديات التقنية. ومع ذلك، أكد الفيلم أيضًا أن هذه الثورة الكمية قد بدأت للتو، وأن كل واحد منا سيكون شاهدًا عليها.
《فهم طفيف للحوسبة الكمية في ساعة واحدة》 ليس فقط فيلم تعليمي سهل المفهوم، بل هو أيضًا نافذة نحو تقنيات المستقبل. من خلال هذا الفيلم، لن نتعرف فقط على مبادئ وتطبيقات الحوسبة الكمية، بل سنشعر أيضًا بشدة المنافسة التكنولوجية العالمية وصدمة الابتكار العلمي. مع نضوج تقنية الحوسبة الكمية، ستغير ليس فقط بيئتنا التكنولوجية، بل ستؤثر بشكل عميق أيضًا على حياتنا اليومية.
هذه المقالة "تفهم الحوسبة الكمية في ساعة": دليلك الشامل لفهم الثورة الكمية ، نشر لأول مرة في أخبار البلوكشين ABMedia.
شاهد النسخة الأصلية
المحتوى هو للمرجعية فقط، وليس دعوة أو عرضًا. لا يتم تقديم أي مشورة استثمارية أو ضريبية أو قانونية. للمزيد من الإفصاحات حول المخاطر، يُرجى الاطلاع على إخلاء المسؤولية.
《فهم سريع للكمبيوتر الكمّي في ساعة واحدة》: يأخذك في رحلة لفهم ثورة الكمبيوتر الكمّي
الحساب الكمي هو موضوع شائع في السنوات الأخيرة، وفيلم "فهم الحوسبة الكمية في ساعة" الذي أنتجه PanSci يستكشف تقنيات الحوسبة الكمية الأساسية وتطورها المستقبلي بطريقة سهلة ومفهومة للجمهور. في غضون ساعة واحدة فقط، يغطي الفيلم مبادئ عمل بتات الكم، وتطبيقات الحوسبة الكمية، والتحديات التي تواجهها التكنولوجيا الحالية. فيما يلي أهم النقاط والملاحظات من هذا الفيلم، حتى نتعرف سويًا على الثورة الكمية التي تجتاح العالم.
ما مدى سرعة أجهزة الكمبيوتر الكمومية؟
في بداية الفيلم ، يتم استخدام حالة مدهشة لتوضيح قدرة الحوسبة الكمية: قادر كمبيوتر جوجل الكمية Sycamore على إكمال مهمة حسابية تستغرق الكمبيوتر العملاق التقليدي 10000 عام في 200 ثانية فقط ، وهذا ما يُعرف بـ "هيمنة الكم". بدلاً من الاعتماد على الحواسيب التقليدية التي تعتمد على النظام الثنائي في الحسابات ، يستخدم الحاسوب الكمي "بت الكم" (بت الكيوبيت) ، الذي يمكنه تمثيل حالة تجاوز 0 و 1 في نفس الوقت ، وبالتالي يتمكن من إجراء العمليات بكفاءة أعلى. هذه القدرة الحسابية غير الخطية والنمو الأسي يسمح للحواسيب الكمية بإظهار إمكانات لم يسبق لها مثيل في حل المشكلات المعقدة.
قد يتم اختراق تقنية التشفير في ثوانٍ قليلة
في الفيلم ، يتم شرح أن التشفير في عالم الإنترنت الحالي في جوهره هو تحليل عوامل الأعداد الأولية ، حيث يتم استخدام مشكلة تحليل عوامل الأعداد الأولية الصعبة جدًا للسماح فقط للأشخاص الذين يعرفون الإجابة بقراءة الرسائل. بالنسبة لقواعد التشفير الشائعة في الوقت الحالي ، إذا كنت ترغب في فك هذا التشفير ، فستحتاج إلى حل تحليل عوامل الأعداد الأولية العملاقة التي تتكون من أكثر من 600 رقم ، وستستغرق الكمبيوترات التقليدية عشرات الملايين من السنين ، أو ربما مئات الملايين من السنين للتعامل مع هذا النوع من المشكلات. ومع ذلك ، يمكن لخوارزمية شور (Shor’s Algorithm) حلها في حوالي دقيقة ، أو ربما في غضون بضع ثوانٍ فقط.
التقنيات الأساسية: التراكم الكمي والتشابك الكمي
يقوم الفيلم بتحليل العمق للتكنولوجيا الأساسية للحوسبة الكمية: التراكم الكمي والتشابك الكمي. يسمح حالة التراكم للبت الكمي بتمثيل عدة حالات في نفس الوقت، مما يعزز كفاءة معالجة المعلومات؛ بينما تسمح حالة التشابك للبت الكمي المترابط بالتأثير على حالات بعضها البعض على الفور حتى عند التباعد الكبير بينها. هذه الظاهرة تجعل الكمبيوتر الكمي لديه ميزة مطلقة في الحوسبة الموازية.
مثلاً، في الفيلم، يُشبه الكمبيوتر التقليدي الفأر في القفص، حيث يجب أن يجرب كل مسار في المتاهة بشكل تدريجي؛ بينما يُعتبر الكمبيوتر الكمّي مثل 'قطّ الكمّية'، حيث يمكنه استكشاف جميع المسارات في نفس الوقت والعثور مباشرةً على المخرج، مما يقلل بشكل كبير من وقت الحساب.
تطبيقات الكمبيوتر الكمية التي تتجاوز الحدود
يستكشف الفيلم بشكل أعمق تطبيقات الحاسوب الكمي الفعلية، خاصة في مجال محاكاة المناخ وتحليل الأسواق المالية والبحوث الطبية، والتي تتمتع بإمكانيات ثورية. على سبيل المثال، يمكن تقليص وقت تطوير الأدوية الجديدة بشكل كبير من خلال محاكاة هيكل الجزيئات باستخدام الحوسبة الكمية؛ وفي مجال الأعمال المالية، يمكن أيضًا محاكاة ديناميات السوق من خلال قوة الحوسبة المتوازية لمساعدة اتخاذ القرارات الاستثمارية.
ذكرت أيضًا الخوارزميات الكمية الكلاسيكية البارزة: خوارزمية غروفر وخوارزمية شور. يمكن للأولى تحسين كفاءة البحث في قواعد البيانات غير المرتبة، بينما تظهر الثانية قدرتها على كسر تشفير RSA التقليدي، مما يظهر الأثر الكارثي للحوسبة الكمية في مجال أمان المعلومات.
تحديات الحوسبة الكمية: الاستقرار وتداخل البيئة
كشف الفيلم أيضًا عن التحديات التي تواجهها الحوسبة الكمية في الوقت الحاضر ، خاصة مشكلة التشويش الكمي. نظرًا لأن حالة الكمية يمكن أن تتأثر بسهولة بتداخل البيئة الخارجية (مثل الموجات الكهرومغناطيسية أو الاهتزاز الطفيف) ، فإن استقرار البت الكمي يشكل أكبر عقبة في تطوير الحوسبة الكمية. بالإضافة إلى ذلك ، يحتاج الكمبيوتر الكمي إلى العمل في بيئة باردة تقترب من الصفر المطلق ، مما يزيد بشكل كبير من تكلفته التشغيلية وصعوبة نشره.
يشير الفيلم إلى أن أجهزة الكمبيوتر الحالية لا زالت تحتاج إلى تقدم إضافي في معدل الأخطاء والاستقرار، خاصة في كيفية تحقيق تراص مستقر لفترة زمنية طويلة وحالة التشابك، وهي محور البحث الحالي.
تصاعد المنافسة العالمية: "مشروع مانهاتن" للتكنولوجيا الكمومية
يذكر الفيلم على وجه التحديد أن أجهزة الكمبيوتر الكمومية كانت تعتبر أعلى المستويات في سباق تكنولوجيا الجيل التالي ، وقد استثمرت البلدان بكثافة في التنمية. تتنافس كل من Google و IBM و Microsoft في الولايات المتحدة ، وبرنامج التكنولوجيا الكمومية الرائد في الاتحاد الأوروبي ، والكمبيوتر الكمومي الصيني "الفصل 9" على "التفوق الكمي". حتى أن الفيلم يقارن البحث والتطوير الحالي في مجال تكنولوجيا الكم ب "مشروع مانهاتن الحديث" ، مشيرا إلى أن البلدان أو الشركات التي لديها أجهزة كمبيوتر كمومية في المستقبل قد تهيمن على السياسة والاقتصاد الدوليين.
ذكر الفيلم أيضًا أن الصين قامت بتطوير حاسوب كمّي فائق التوصيل بالإضافة إلى كونها ، وقد طوّرت أيضًا حاسوب كمّي بناءً على الفوتونات يُعرف بـ 'جيو تشانغ'، مما يظهر إمكانية الطرق التقنية المتعددة.
التخطيط الكمي في تايوان: من شرائح النصف الموصلات إلى رقائق الكم
في سباق الحوسبة الكمية العالمي، أظهرت تايوان موقفًا إيجابيًا. تم التأكيد في الفيديو على أن أول حاسوب كمي تايواني تم تطويره من قبل أكاديمية العلوم في عام 2024، وعلى الرغم من أنه يحتوي فقط على 5 بتات كمية، إلا أنه يرمز إلى دخول تايوان بشكل رسمي إلى ميدان الحوسبة الكمية. بفضل الأفضلية التكنولوجية في تصنيع الشرائح النصفية، تمتلك تايوان الإمكانات لتحقيق تقدم في تصنيع رقائق الكم وتطوير التطبيقات.
أشار الفيلم إلى أن إنتاج الكمبيوتر الكمي في المستقبل سينطوي على تحديات في مجالات متعددة مثل علم المواد وتكنولوجيا التصنيع، وهذه المجالات تعد من تخصص تايوان. إذا تمكنا من تحقيق اختراق في مجال رقائق الكم، فقد تصبح تايوان شريكًا هامًا في تطوير تقنية الكم.
الحوسبة الكمية 的未來：機遇與挑戰並存
في النهاية، اختتم الفيلم بلغة متفائلة وعقلانية، مشيرًا إلى أن الحوسبة الكمية، على الرغم من امتلاكها إمكانيات هائلة، إلا أنها تحتاج إلى مزيد من الوقت لتحقيق التجارة الشاملة والانتشار الواسع. من استقرار الأجهزة إلى تطوير خوارزميات البرمجيات، كل جزء يتطلب التغلب على العديد من التحديات التقنية. ومع ذلك، أكد الفيلم أيضًا أن هذه الثورة الكمية قد بدأت للتو، وأن كل واحد منا سيكون شاهدًا عليها.
《فهم طفيف للحوسبة الكمية في ساعة واحدة》 ليس فقط فيلم تعليمي سهل المفهوم، بل هو أيضًا نافذة نحو تقنيات المستقبل. من خلال هذا الفيلم، لن نتعرف فقط على مبادئ وتطبيقات الحوسبة الكمية، بل سنشعر أيضًا بشدة المنافسة التكنولوجية العالمية وصدمة الابتكار العلمي. مع نضوج تقنية الحوسبة الكمية، ستغير ليس فقط بيئتنا التكنولوجية، بل ستؤثر بشكل عميق أيضًا على حياتنا اليومية.
هذه المقالة "تفهم الحوسبة الكمية في ساعة": دليلك الشامل لفهم الثورة الكمية ، نشر لأول مرة في أخبار البلوكشين ABMedia.