كيف يعمل الحاسوب التقليدي؟
- إذًا فالحاسوب يعتمد على عمليتين هما التخزين والمعالجة للبيانات التي يتم تخزينها على شكل أرقام 0-1 ويتم القيام بالمعالجة والتخزين عبر الترانزستورز Transistors وهي أشبه بمفاتيح دقيقة جدًا تستخدم في حفظ هذه الأرقام، حيث يتم حفظ رقم أو حرف أو رمز ما بناءً على سلسلة من الأصفار والآحاد من 8 خانات، فمثلًا حرف A يتم تخزينه هكذا "1000001" وحرف a يتم تخزينه هكذا "01100001" هذه الأصفار أو الآحاد يطلق عليها نظام ثنائي Binary Digit أو "Bit" كل بت يتم تخزين رقم واحد فيه 0 أو 1.
- بعد ذلك يبدأ الحاسوب بعملية الحساب عبر الدوائر أو ما يُعرف ببوابات المنطق "Logic Gates" وهي عبارة عن مجموعة من الترانزستورات المتصلة ببعضها، هذه البوابات تقوم بمقارنة أنماط البتات Bits المخزنة في الذاكرة المؤقتة وتسمى التسجيلات Registers ثم تقوم بتحويلها إلى أنماط جديدة من البتات، وهذه هي الطريقة التي يحاكي به الحاسوب طريقة عمل العقل البشري.
عيوب الحاسوب التقليدي
- حسنًا الأمر يبدو جيدًا قوة المعالجات تتضاعف كل سنتين بحيث تصبح أكثر قوة فما هي المشكلة إذًا؟ لا انتظر أنا لم أخبرك بكل شئ بعد، فربما لا تعلم أن أقوى المعالجات الآن لا تستطيع سوى قراءة أو معالجة رمز واحد في كل مرة 0 أو 1، فمثلًا عملية حسابية بسيطة مثل هذه (5 + 5) - 2 = ؟ يقوم الكمبيوتر العادي بحلها عبر القيام بالجمع ثم الطرح ثم عرض الناتج، ثلاث خطوات لحل هذه المسألة البسيطة، فما هو الحال عند القيام بعمليات رياضية في غاية التعقيد مثل معادلات السفر للفضاء على سبيل المثال والتي تستغرق ساعات - وربما أيام - من أقوى الحواسيب الموجودة حاليًا من أجل حلها. بل وهناك معضلات رياضية لم يستطع أي حاسوب حتى الآن الوصول إلى حلٍ لها.
- المشكلة هنا أنه ومع تقدم التكنولوجيا والاستخدامات التي نعتمد فيها على الحواسيب زادت كمية المعلومات التي نحتاج أن نقوم بمعالجتها وتخزينها وهذا يعني المزيد من الأصفار والآحاد؛ وهذا يؤدي إلى الحاجة إلى المزيد من الترانزستورات، وبسبب أن الحاسوب العادي لا يستطيع سوى القيام بشئ واحد في كل مرة فهذا يعني أنه كلما زادت درجة تعقيد المشكلة التي نريد حلها زاد عدد الخطوات التي سوف تحتاج إلى القيام بها وبالتالي زاد حجم الوقت المُستغرق لحل هذه المشكلة.
- مع استمرار تضاعف عدد الترانزستورات حسب قانون مور فإن الحواسيب تزداد قوة مع مرور الوقت ولكن المشكلة هي أن الترانزستورات سوف تصل إلى أصغر حجم يمكن تصنيعها به بحيث لا يمكن تصغيرها أكثر من ذلك وبالتالي فالمشكلة أننا سوف نصل إلى النقطة التي تضع فيها قوانين الفيزياء حدًا لقانون مور بحيث نصل إلى نقطة النهاية، وذلك قبل أن نصل إلى القوة الحوسبية التي نحتاجها لحل كافة المعضلات التي لازالت تواجه الجنس البشري.
- ولاتزال هناك الكثير من المشاكل التي تحتاج إلى قوة حوسبة ووقت أكثر مما يستطيع أي حاسوب توفيره حتى اللحظة، هذه المشاكل يُطلق عليها العلماء المشاكل المستعصية "Intractable Problems" ومنها الأمراض التي لم يستطع الإنسان الوصول لعلاج لها وكذلك المشاكل المناخية وغيرها، والحل هو بناء الحاسوب الكمي.
تعريف الحوسبة الكمومية Quantum Computing
- فكرة الحوسبة الكمومية تقوم على الاستفادة من القدرات الفائقة للجسيمات الذرية ودون الذرية على الوجود في أكثر من حالة واحدة في أي وقت نظرًا للطريقة التي تتصرف بها أصغر الجسيمات، هذه الميزة يمكن الاستفادة منها في القيام بالعمليات بسرعة أكبر وبطاقة أقل من الحواسيب التقليدية.
- تعتمد الحوسبة الكمومية على "Qubits" وهو اختصار الكوانتم بت Quantum Bits والذي يمكن تخزين الكثير من المعلومات فيه أكثر من 0-1 كما هو الحال في "Bits" التي تعمل بها الحواسيب التقليدية، حيث أن Qubits يمكن أن يكون 0 أو 1 أو 0،1 أو عدد لا نهائي من الأرقام والقيم في حالات متعددة.
- وبما أن الحاسوب الكمي سوف يتمكن من تخزين عدة أرقام في وقت واحد فإنه يستطيع القيام بمعالجة هذه الأرقام مرة واحدة بدلًا من معالجتهم على شكل سلسلة من العمليات المتتالية كما في الحاسوب التقليدي، وهذا هو الفرق بين الحاسوب الكمي والحاسوب التقليدي فهو يمكنه العمل بشكل متواز أي القيام بعدة أعمال في آنٍ واحد، فبينما الحاسوب التقليدي يقوم بعملية حسابية واحدة يقوم الحاسوب الكمي بعمل ملايين العمليات الحسابية في وقت واحد.
ما هي مميزات الحاسوب الكمي؟
- لكن الأهم من ذلك هو حجم الطاقة الهائل الذي سوف ننجح في توفيره باستخدام الحواسيب الكمومية حيث ستحتاج لوقت أقل للقيام بالعمليات الحسابية وبالتي جهد وطاقة أقل، كما سوف ننجح في تطوير تقنيات الذكاء الاصطناعي وتعلم الآلة بشكل أفضل، سوف نستطيع التغلب على المسائل الرياضية المستعصية ومعالجة كافة المعلومات بشكل أفضل وأسرع، كما سينعكس ذلك على الإنترنت أيضًا حيث أن هناك الإنترنت الكمي Quantum Internet وهو سيكون غير قابل للاختراق، حيث سيعتمد على نظام يسمى التشابك الكمي Quantum Entanglement وهو يعتمد على عدم إرسال البيانات عبر الشبكة وإنما تنعكس عبر زوج من الفوتونات Photons وبالتالي فإذا لم يكن هناك بيانات يتم إرسالها فلا يمكن سرقة أي بيانات عبر الشبكة.
ما هي عيوب الحاسوب الكمي؟
- هذا ما اكتشفه عالم الرياضيات Peter Shor، حيث اكتشف أن الحاسوب الكمي يستطيع إيجاد العوامل الأولية لعدد كبير من الأرقام وهو ما يعني كشف المفتاح العام الذي تستعمله المواقع والحواسيب في تشفير اتصالاتها، وهذا حاليًا يتعبر شبه مستحيل نظرًا للقدرات المحدودة للحواسيب التي نستخدمها.
- لكن ما أكد هذا الكلام هو عميل وكالة الأكن الوطني الأمريكية NSA إدوارد سنودن حين كشف عن اقتراب الوكالة من صنع حاسوبها الكمي الذي سوف يُستخدم في اختراق كافة أنواع رموز التشفير التي تستخدم على الشبكة، كما أننا حتى الآن لسنا متأكدين من عدم وجود أي سلبيات أخرى سوف يأتي بها هذا الجيل الجديد من الحواسيب.
متى سيتم إصدار الحواسيب الكمومية؟
- لكن هناك محاولات مُتسميتة وأشبه بصراع بين كبرى شركات التكنولوجيا للتفوق في سباق الحواسيب الكمومية وعلى رأسهم شركة جوجل والتي تعهدت بتحقيق ما أطلقت عليه "التفوق الكمي" وهناك أيضًا تجارب ناجحة لشركات أخرى مثل IBM والتي نجحت في صنع Quantum Computer ولكنه عانى من بعض المشاكل في الاستقرار، أيضًا هناك شركة Wave وشركة Rigetti وغيرهم من الشركات التي تحاول التفوق في هذا المجال والذي سيؤدي إلى تغيير العالم التكنولوجي كما عرفناه حتى الآن.
* يُمكنكم أيضًا مشاهدة:
- ما هو لينكس Linux؟
- ما هي تقنية بلوكتشين؟
- ما هي الحوسبة السحابية؟
- هل يجب أن نخشى الذكاء الاصطناعي؟
- ما هو الواقع الافتراضي Virtual Reality؟
- ما هو التخزين السحابي Cloud Storage؟