يوجد المعالج الكمي داخل كل حاسوب كمّي، ولكن التكنولوجيا التي يقوم عليها المعالج الكمّي تختلف جذريًا عن نظيرتها في الحواسيب التقليدية.
إن إحدى المكونات الأساسية للحاسوب الكمّي هي وحدة المعالجة الكمومية (QPU). بدلًا من وحدة القياس (بت) القائمة على النظام الثنائي في الحواسيب التقليدية، يعتمد الحاسوب الكمّي على البتات الكمومية والتي يشار إليها بالاختصار كيوبت. وهي جزيئات دون ذرية يمكنها استخدام خصائص ميكانيكا الكم التي تمكّنها من معالجة كميات ضخمة من البيانات.
يعالج المعالج الكمَّي الكيوبتات لينفذ المهام المطلوبة، إذ إنه يشبه وحدة المعالجة المركزية (CPU) للحواسيب التقليدية، التي تجري الحسابات باستخدام المعلومات المخزنة في البتات الثنائية في حالتيها الصفر والواحد.
على عكس المعالجات التقليدية، تستخدم المعالجات الكمومية بوابات كمومية لمعالجة ال(كيوبتات) وإجراء العمليات الحسابية.
تختلف البوابات الكمومية في جوهرها عن البوابات المنطقية الثنائية، إذ إنها مُصمَّمة للاستفادة من خصائص ميكانكيا الكم التي تمكن الحواسيب الكمية من القيام بعدد مهول من العمليات الحسابية في وقت أقل بكثير من نظيرتها التقليدية.
ما من بنى أو معايير محددة متبعة في تصميم وحدة المعالجة الكمومية وتطويرها، إذ إن المعالج الكمّي الواحد قد يعمل بطريقة مختلفة كليًا عن نظيره الآخر.
نظرًا للاختلافات الكبيرة بين تلك البنى، من الصعب المقارنة بين هذه المعالجات الكمومية من ناحية الأداء والقدرات.
كيف تعمل المعالجات الكمومية؟
ما يزال تطوير المعالجات الكمومية يواجه الكثير من التحديات. ولكي يتمكن المعالج الكمي من الحفاظ على الدقة والفاعلية، يجب عليه الحفاظ على إتزان الكيوبت وإنشاء نظام فعال لرصد الأخطاء وتصحيحها، وبذلك يمكن تطوير حواسيب كمومية قادرة على القيام بعمليات حسابية ضخمة على نطاق واسع وبدقة.
إن جزءًا من المشكلة هو أن الكيوبتات بطبيعتها هشة وغير متزنة ومن السهل أن تتأثر بالعوامل الخارجية. من إحدى الطرق التي يُلجئ إليها للحفاظ على اتزان الكيوبتات هي استخدام مجالات مغناطيسية عالية الطاقة أو بتجميد الكيوبتات إلى ما يقارب الصفر المطلق.
يجري العمل حاليًا على تطوير أساليب تقنية للتنبوء بالتغيرات المفاجئة غير المرغوب فيها التي تؤثر على حالة الكيوبتات إضافة إلى أساليب أخرى معنية بالتعامل مع المؤثرات الخارجية.
تجعل هذه التحديات المعالجات الكمومية تقنيات حساسة للغاية لأبسط التأثيرات الخارجية، إذ إن أقل إهتزاز قد يعطل العملية الحسابية التي يقوم بها المعالج الكمي ما يعني أنها ليست مناسبة بعد للتطبيقات خارج بيئة المختبر.
لا يمكن تطبيق الخوارزميات التقليدية في فيزياء الكم، لذلك تستخدم المعالجات الكمومية خورازميات كمومية تمكنها من استغلال الخصائص الكمية وذلك لمعالجة البيانات بطريقة أسرع وأكثر كفاءة من نظيرتها في المعالجات التقليدية.
مع أن المعالجات الكمومية قادرة على إجراء عمليات حسابية معقدة وعصية حتى على أقوى الحواسيب العملاقة، تظل الحواسيب الكمية عاجزةً عن حل نوع من المشكلات وهي المشكلات غير القابلة للحل أساسًا.
إن عملية تطوير وحدة المعالجة الكمومية تشبه إلى حد كبير بدايات تطوير وحدة المعالجة التقليدية، ومع وجود مجموعات متنوعة من بنيات وحدات المعالجة الكمية، فمن المرجح أن تُوحد في تصميم قياسي واحد مع تحسين التكنولوجيا وتطورها في السنوات القادمة.
اقرأ أيضًا:
قطار هايبرلوب الصيني فائق السرعة يجتاز اختبارًا جديدًا ويحقق ثورة في عالم المواصلات
ماذا لو تمكن الفطر من المشي؟ تجربة علمية جديدة بتركيب روبوت على فطر
المترجم: محمد الشرقاوي
المدقق: نور حمود
مراجعة: باسل حميدي
