MohamedIBrahim
12-31-2011, 12:16 PM
مقدمة :
فى قديم الزمان كانت الحواسيب تعمل بالصمامات المفرغة وكلنا يعلم ان الصمامات المفرغة تكنلوجيا عقيمة نوعا ما الا انها كانت فى عصرها وبدايتها تطورا علميا هائلا وبالطبع فان التطور النسبي للعلوم والحضارة امر اساسي فكان تركيب الصمام المفرغ البسيط الذي كان يستخدم احيانا هو زجاجة من الهواء تكون مفرغة ولها طول وقطر معين ويعتمد الصمام فى فكرته الالكترونية نفس مبدأ حركة الالكترونات الموجية وبعدها بالطبع وصلنا الي استخدام الترانزستور والدوائر الالكترونية وما احدثه من تطور هائل حتي ان البعض يحسبه من أهم الامور التي أثرت على صناعة الالكترونيات حتي الان فى عصرنا الحديث (بالطبع لا اقصد قرننا هذا ) وبعد ذلك أتت تكنلوجيا الدوائر المتكاملة لتقدم لنا مفهوما أدق واكثر تطورا لصناعة الالكترونيات وكانت سببا فى تطورا العديد من الصناعات الالكترونية وتطور تقنيات التغليف والتصغير بشكل كبير ومرورا بأن الان هناك تقنية التخزين الحجري التي يمكن من خلالها وضع ترانزستور في مساحة ربع ميكرون أي رياضيا = 00.00000025 من المتر الواحد ويمكن قياسها بأنها 1 علي تقريبا 420 من قطر شعرة انسان عادية وطبعا هذه النسبة تقريبية وليست دقيقة تماما واستمرار هذا الامر مستقبلا قد يجعلنا نري امورا عجيبة كنا نراها من المستحيلات اذ لا اتفاجئ بتحقيق حلم أخي محمود فايد (PWCT Maker) حيث كتب عن حواسيب بدون عتاد حيث يمكن مثلا ان يصل الحاسب الي حجم جزئ من المادة وبالفعل هناك صناعة لبوابات المنطقية في الذرات وهي صنعت بالفعل حيث انه بهذا الشكل اذا انتشر واصبح معروفا سنجد ان الحاسب لن يري بعين مجردة ( خيال ايضا )
الحوسبة الكمومية :
بعد هذه البداية سأتكلم معكم اليوم عن الحوسبة الكمومية وسأبدأ أولا بايضاح ما الاساس الذي اعتمدت عليه نظرية الحوسبة الكمية وتطبيقاتها وتقنيتها والفرق بينها وبين الالكترونيات الكلاسيكية
حسنا كلنا نعلم ان الالكترونيات الكلاسيكية تقوم علي مبادئ قوانين نيوتن الكلاسيكية (قوانين الفيزياء الكلاسيكية , قوانين نيوتن للحركة ) وتقوم علي مبادئ الدوائر المنطقية التي يعرفها معظمنا حيث ان البت هو اصغر وحدة مكونة لتمثيل البيانات فى الحاسب ولها قيمتان منطقيتان فقط تحددان حالتها هما 0 و 1 او صحيح و خطأ وهي تمثل وجود تيار كهربي من عدمه
لكن فى الحوسبة الكمومية الامر يختلف تماما فان اصغر وحدة تمثيل البيانات تسمي الكوانتم بت (الكيوبت) فهو يحتوي على حالتين ايضا ولكن الاختلاف هنا يتلخص فى الحالة الفائقة وهي الحالة التي يمكن ان يكون الكوانتم فيها ثنائي الحالة بمعني ان يكون ذا قيمة 0 و 1 فى نفس الوقت
يرمز للكيوبت فى الحالة 0 ب |0>
وفى الحالة 1 يرمز له ب |1>
ويرمز للحالة الفائقة a|0> + b|1>
الفكرة كبيرة وشاسعة خلف الحالة الفائقة اذ أنها تقوم على فكرة الاحتمالات حيث ان فى الحالة الفائقة يكون هناك احتمال لتحقق a او لتحقق b وذلك باحتمال معين
والحوسبة الكمومية عموما تقوم علي 3 ركائز فى عملياتها
1- إعطاء قيم ابتدائية للكيوبتات المستخدمة كدخل.
2- إجراء العمليات الحسابية (بشكل كمومي طبعاً) على هذه الكيوبتات.
3- قياس الكيوبتات لتحديد نتيجة العملية.
كيف يمكن أن يعمل الكمبيوتر الكمي ؟ والذي يطلق عليه (Quantum computer)
نفترض ان لدينا مسجلا (register ) مكون من ثلاثة بت يحتوي في لحظة معينة على رقم من ثمانية أرقام يمكن ان يحتويها لكن ال Quantum register المكون من ثلاثة كيوبت يمكن ان يحتوي في لحظة معينة على الأرقام الثمانية كلهم في الحالة الفائقة (الفرق شاسع هنا واعتقد انكم لاحظتم ذلك ايضا )
لنجهز مسجلا (register ) للحالة الفائقة بأرقام مختلفة وسيكون وقتها عندنا المقدرة على اجراء عمليات حسابية عليها فى نفس الوقت حيث ان من مميزات الكمبيوتر الكمي هو اجراء العمليات بشكل متوازي فاذا كان هناك مثلا من x كيوبت فانه يمكنه اجراء 2x عملية فى ان واحد ,2x ..... الخ وهكذا وهذا هو الفرق الرئيسي بينه وبين الحاسب الكلاسيكي (أحب تسميته كذلك لكن ليست تسمية دقيقة أو علمية )
كيف يبني الحاسب الكمي ؟ (Quantum Computer )
نقوم ببداية بسيطة ببوابات منطقية كمومية بسيطة و نوصلها ببعضها لتكوين شبكة كمومية و البوابات المنطقية الكمومية تماثل الأخرى التقليدية في انها أبسط جهاز يقوم بالحسابات حيث ينفذ عملية واحدة كمومية عادة على اثنين من الكيوبت في وقت معين. و طبعا هي تختلف عن نظيرتها التقليدية في انها يمكنها انشاء و تنفيذ العمليات في الحالة الفائقة الكمومية.
وساتكلم فى مقالة أخري عن بناء الحاسوب الكمي باستفاضة أكثر ان شاء الله حيث أنني اهدف الي التعريف به بداية
ما هي تطبيقات الحوسبة الكمومية وما المميزات وما الذي ستقدمه من تكنلوجيا وتقدم ؟
حسنا هذا الامر ليس واضحا بشكل كبير او فعال بشكل واسع لكن هناك استخدامات لها فى التجارب التي تستخدم أيونات محبوسة داخل ذرات تتفاعل مع أشعة الليزر ومثل الالكترونات فى أشباه الموصلات
أما النظرية الكمومية فتطبيقاتها فى مجال الخوارزميات واسعة جدا
يكفي ان اذكر بعض الامثلة
1-Shor’s خوارزمية
2-Grover’s خوارزمية
هناك الكثير من الامور التي اريد الحديث عنها معكم لكن لعدم الاطالة ولتقسيم وتنظيم الحديث سأضطر الي جعله زمنيا ومتقطعا نظرا لظروف دراستي والاختبارات وغيرها
مثل شرح العمليات الرياضية واتصالات الحوسبة الكمومية والفوتونات واهميتها فى الحاسب الكمومي وغيرها من هذه الامور الشيقة التي امتعتني عند القراءة والدراسة عنها
حقا أنه علم وتطور ينبغي ان ننظر اليه ونتوسع قليلا حتي نواكب التطور والابداع وان نحاول ان نكسر حاجز التحييد والمكان والمنظومة التعليمية فى بلادنا
تحياتي للجميع
والله ولي التوفيق
مراجع
http://www.doc.ic.ac...rnal/vol4/spb3/
http://www.qubit.org/
فى قديم الزمان كانت الحواسيب تعمل بالصمامات المفرغة وكلنا يعلم ان الصمامات المفرغة تكنلوجيا عقيمة نوعا ما الا انها كانت فى عصرها وبدايتها تطورا علميا هائلا وبالطبع فان التطور النسبي للعلوم والحضارة امر اساسي فكان تركيب الصمام المفرغ البسيط الذي كان يستخدم احيانا هو زجاجة من الهواء تكون مفرغة ولها طول وقطر معين ويعتمد الصمام فى فكرته الالكترونية نفس مبدأ حركة الالكترونات الموجية وبعدها بالطبع وصلنا الي استخدام الترانزستور والدوائر الالكترونية وما احدثه من تطور هائل حتي ان البعض يحسبه من أهم الامور التي أثرت على صناعة الالكترونيات حتي الان فى عصرنا الحديث (بالطبع لا اقصد قرننا هذا ) وبعد ذلك أتت تكنلوجيا الدوائر المتكاملة لتقدم لنا مفهوما أدق واكثر تطورا لصناعة الالكترونيات وكانت سببا فى تطورا العديد من الصناعات الالكترونية وتطور تقنيات التغليف والتصغير بشكل كبير ومرورا بأن الان هناك تقنية التخزين الحجري التي يمكن من خلالها وضع ترانزستور في مساحة ربع ميكرون أي رياضيا = 00.00000025 من المتر الواحد ويمكن قياسها بأنها 1 علي تقريبا 420 من قطر شعرة انسان عادية وطبعا هذه النسبة تقريبية وليست دقيقة تماما واستمرار هذا الامر مستقبلا قد يجعلنا نري امورا عجيبة كنا نراها من المستحيلات اذ لا اتفاجئ بتحقيق حلم أخي محمود فايد (PWCT Maker) حيث كتب عن حواسيب بدون عتاد حيث يمكن مثلا ان يصل الحاسب الي حجم جزئ من المادة وبالفعل هناك صناعة لبوابات المنطقية في الذرات وهي صنعت بالفعل حيث انه بهذا الشكل اذا انتشر واصبح معروفا سنجد ان الحاسب لن يري بعين مجردة ( خيال ايضا )
الحوسبة الكمومية :
بعد هذه البداية سأتكلم معكم اليوم عن الحوسبة الكمومية وسأبدأ أولا بايضاح ما الاساس الذي اعتمدت عليه نظرية الحوسبة الكمية وتطبيقاتها وتقنيتها والفرق بينها وبين الالكترونيات الكلاسيكية
حسنا كلنا نعلم ان الالكترونيات الكلاسيكية تقوم علي مبادئ قوانين نيوتن الكلاسيكية (قوانين الفيزياء الكلاسيكية , قوانين نيوتن للحركة ) وتقوم علي مبادئ الدوائر المنطقية التي يعرفها معظمنا حيث ان البت هو اصغر وحدة مكونة لتمثيل البيانات فى الحاسب ولها قيمتان منطقيتان فقط تحددان حالتها هما 0 و 1 او صحيح و خطأ وهي تمثل وجود تيار كهربي من عدمه
لكن فى الحوسبة الكمومية الامر يختلف تماما فان اصغر وحدة تمثيل البيانات تسمي الكوانتم بت (الكيوبت) فهو يحتوي على حالتين ايضا ولكن الاختلاف هنا يتلخص فى الحالة الفائقة وهي الحالة التي يمكن ان يكون الكوانتم فيها ثنائي الحالة بمعني ان يكون ذا قيمة 0 و 1 فى نفس الوقت
يرمز للكيوبت فى الحالة 0 ب |0>
وفى الحالة 1 يرمز له ب |1>
ويرمز للحالة الفائقة a|0> + b|1>
الفكرة كبيرة وشاسعة خلف الحالة الفائقة اذ أنها تقوم على فكرة الاحتمالات حيث ان فى الحالة الفائقة يكون هناك احتمال لتحقق a او لتحقق b وذلك باحتمال معين
والحوسبة الكمومية عموما تقوم علي 3 ركائز فى عملياتها
1- إعطاء قيم ابتدائية للكيوبتات المستخدمة كدخل.
2- إجراء العمليات الحسابية (بشكل كمومي طبعاً) على هذه الكيوبتات.
3- قياس الكيوبتات لتحديد نتيجة العملية.
كيف يمكن أن يعمل الكمبيوتر الكمي ؟ والذي يطلق عليه (Quantum computer)
نفترض ان لدينا مسجلا (register ) مكون من ثلاثة بت يحتوي في لحظة معينة على رقم من ثمانية أرقام يمكن ان يحتويها لكن ال Quantum register المكون من ثلاثة كيوبت يمكن ان يحتوي في لحظة معينة على الأرقام الثمانية كلهم في الحالة الفائقة (الفرق شاسع هنا واعتقد انكم لاحظتم ذلك ايضا )
لنجهز مسجلا (register ) للحالة الفائقة بأرقام مختلفة وسيكون وقتها عندنا المقدرة على اجراء عمليات حسابية عليها فى نفس الوقت حيث ان من مميزات الكمبيوتر الكمي هو اجراء العمليات بشكل متوازي فاذا كان هناك مثلا من x كيوبت فانه يمكنه اجراء 2x عملية فى ان واحد ,2x ..... الخ وهكذا وهذا هو الفرق الرئيسي بينه وبين الحاسب الكلاسيكي (أحب تسميته كذلك لكن ليست تسمية دقيقة أو علمية )
كيف يبني الحاسب الكمي ؟ (Quantum Computer )
نقوم ببداية بسيطة ببوابات منطقية كمومية بسيطة و نوصلها ببعضها لتكوين شبكة كمومية و البوابات المنطقية الكمومية تماثل الأخرى التقليدية في انها أبسط جهاز يقوم بالحسابات حيث ينفذ عملية واحدة كمومية عادة على اثنين من الكيوبت في وقت معين. و طبعا هي تختلف عن نظيرتها التقليدية في انها يمكنها انشاء و تنفيذ العمليات في الحالة الفائقة الكمومية.
وساتكلم فى مقالة أخري عن بناء الحاسوب الكمي باستفاضة أكثر ان شاء الله حيث أنني اهدف الي التعريف به بداية
ما هي تطبيقات الحوسبة الكمومية وما المميزات وما الذي ستقدمه من تكنلوجيا وتقدم ؟
حسنا هذا الامر ليس واضحا بشكل كبير او فعال بشكل واسع لكن هناك استخدامات لها فى التجارب التي تستخدم أيونات محبوسة داخل ذرات تتفاعل مع أشعة الليزر ومثل الالكترونات فى أشباه الموصلات
أما النظرية الكمومية فتطبيقاتها فى مجال الخوارزميات واسعة جدا
يكفي ان اذكر بعض الامثلة
1-Shor’s خوارزمية
2-Grover’s خوارزمية
هناك الكثير من الامور التي اريد الحديث عنها معكم لكن لعدم الاطالة ولتقسيم وتنظيم الحديث سأضطر الي جعله زمنيا ومتقطعا نظرا لظروف دراستي والاختبارات وغيرها
مثل شرح العمليات الرياضية واتصالات الحوسبة الكمومية والفوتونات واهميتها فى الحاسب الكمومي وغيرها من هذه الامور الشيقة التي امتعتني عند القراءة والدراسة عنها
حقا أنه علم وتطور ينبغي ان ننظر اليه ونتوسع قليلا حتي نواكب التطور والابداع وان نحاول ان نكسر حاجز التحييد والمكان والمنظومة التعليمية فى بلادنا
تحياتي للجميع
والله ولي التوفيق
مراجع
http://www.doc.ic.ac...rnal/vol4/spb3/
http://www.qubit.org/