MohamedIBrahim

الحوسبة الكمومية

9 ردود في هذا الموضوع

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

  • Shor's خوارزمية
  • 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.uk/~nd/surprise_97/journal/vol4/spb3/

http://www.qubit.org/

4

شارك هذا الرد


رابط المشاركة
شارك الرد من خلال المواقع ادناه

حميل جدا ..

بداية موفقة ولكن تفتقر للترابط نوعا ما ..

قبل اشهر بدأت في القراءة حول استخدام الخوارزميات الكمية في انظمة البحث ضمن مجال الذكاء الاصطناعي .. والان التوجه لتحويل هذه الخوارزميات الى خوارزميات كمية .. وذلك لنتائجها المذهلة ..

لكن توقفت لانني افتقر لامور في النظرية نفسها واتجهت لدراسة نظرية الكم قبل ان ابدأ مع الخوارزميات نفسها ..

ولذلك وقبل الحديث عن اي شئ حول حاسوب الكم .. يجب ان يتم فهم النظرية نفسها .. وحاولت ان اجد هنا في مقالتك رابط فيزيائي حاسوبي .. لم اجد !!

على العموم .. حاسوب الكم الى قبل مدة قرأت ان الابحاث مازالت ورقيةوان التجارب لم تصل الى مرحلة متقدمة .. ولذلك الان مجرد تطبيق خوارزميات .. ولكن مسألة الكيوبت هي لحد الان مطبقة بشكل تجارب اوورق .. على مااعتقد لحد الان هي ليست على ارض الواقع .. او قد فاتتني الابحاث الحديثة حول الموضوع ..

شكرا لك .. بداية موفقة.. خصوصا مع موضوع نادرا ما يتم الحديث عنه في المنتدى ..

تحياتي العطرة ..

0

شارك هذا الرد


رابط المشاركة
شارك الرد من خلال المواقع ادناه

معلومات جميلة اخي محمد , لكن لدي بعض الاستفسارات: -

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

هل تعني ان تمثيل البيانات يكون على شكل التالي , على سبيل المثال لتمثيل الكيوبت بوحدة فولت :

0 بت تعني 0 فولت

الحالة الفائقة يمكن تمثيلها بـ 3 فولت او 5 فولت ؟

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 )

بصراحة لم افهم هذه نقطة

المسجل العادي 3 بت يتكون من

000

001

010

011

100

101

110

111

= 8 ارقام

كيف سيكون التمثل المقابل في كيوبت ؟

السؤال الاخر : هل هناك تطبيقات عملية ( تجارية ) على هذه النظرية ام انها لا زالت في طور البحث و دراسة ؟؟

تم تعديل بواسطه ahmad123
0

شارك هذا الرد


رابط المشاركة
شارك الرد من خلال المواقع ادناه
هل هناك تطبيقات عملية ( تجارية ) على هذه النظرية ام انها لا زالت في طور البحث و دراسة ؟؟

عزيزي, الحوسبة الكمية لم ترى النور بعد حتى في الأبحاث. الموضوع ينقسم إلى نظرية الحوسبة الاحتمالية(و هذه نوع منفصل من البرمجة المتوازية, لا تشابه البرمجة المتوازية الكلاسيكية!). و هناك تطبيق هذه النظريات على الذرات و مطابقة احتمالية وجود الالكترون في حيز ما من الذرة و إمكانية تحوير ذلك الاحتمال. دع عنك التطبيق, فالنماذج الموجودة تشابه أن يكون لديك حاسوب كل ذاكرته 8 بت أو في هذه الحدود!!! حتى بالنسبة للجزء النظري, كما يقولون الـ dirty work بالنسبة للرياضيات التي ستجعل تطبيق الأمر ممكنا لم يبدأ بعد بشكل حقيقي.

كيف سيكون التمثل المقابل في كيوبت ؟

لكي تفهم الموضوع, كما في الحوسبة الكلاسيكية, يمكنني أن أخبرك من ناحية رياضية و يمكن أن تنظر للأمر من ناحية هندسية. من الناحية الرياضية, فلو تصورنا أن لدينا ثلاث بتات, فإنه في الحوسبة الكلاسيكية, هذه الثلاث بتات تكون عنصراً في مجموعة مكونة من ثمانية عناصر:

S = { 000,
001,
010,
011,
100,
101,
110,
111 }

في حالة الحوسبة الاحتمالية فإن كل عنصر في تلك المجموعة يعطى احتمالية. بالتالي فإن الثلاث بتات قادرة على تمثيل ((كل)) الاحتمالات. الخوارزمية تعمل على جميع العناصر للوصول إلى النتيجة المطلوبة و إعطاء الاحتمال الأكبر لأحد العناصر داخل تلك المجموعة. هذا يعني تغيراً جذرياً في الخوارزميات لأن الخوارزميات لم تعد تعتمد على "حالة" و إنما تعمل على احتمال كون الثلاث بتات في حالة معينة, و اختيار حالة من تلك الحالات observed state على أنها ناتج الخوارزمية. هندسياً, يمكنك التفكير على أننا نريد تغيير الـ configuration للالكترونات في الحاسوب الكمي :)

عموماً, كلامي غير دقيق لأنني حقيقة لم استطع فهم الموضوع أكثر من ذلك, و يكفيني شرف المحاولة خصوصاً عندما تعرف أنك تحتاج إلى أن تكون نينجا في الرياضيات لكي تفهم أبسط الخوارزميات و كيف يمكن تطبيقها على حاسوب كمي :blush:

تحياتي...

تم تعديل بواسطه Khaled.Alshaya
3

شارك هذا الرد


رابط المشاركة
شارك الرد من خلال المواقع ادناه

حميل جدا ..

بداية موفقة ولكن تفتقر للترابط نوعا ما ..

قبل اشهر بدأت في القراءة حول استخدام الخوارزميات الكمية في انظمة البحث ضمن مجال الذكاء الاصطناعي .. والان التوجه لتحويل هذه الخوارزميات الى خوارزميات كمية .. وذلك لنتائجها المذهلة ..

لكن توقفت لانني افتقر لامور في النظرية نفسها واتجهت لدراسة نظرية الكم قبل ان ابدأ مع الخوارزميات نفسها ..

ولذلك وقبل الحديث عن اي شئ حول حاسوب الكم .. يجب ان يتم فهم النظرية نفسها .. وحاولت ان اجد هنا في مقالتك رابط فيزيائي حاسوبي .. لم اجد !!

على العموم .. حاسوب الكم الى قبل مدة قرأت ان الابحاث مازالت ورقيةوان التجارب لم تصل الى مرحلة متقدمة .. ولذلك الان مجرد تطبيق خوارزميات .. ولكن مسألة الكيوبت هي لحد الان مطبقة بشكل تجارب اوورق .. على مااعتقد لحد الان هي ليست على ارض الواقع .. او قد فاتتني الابحاث الحديثة حول الموضوع ..

شكرا لك .. بداية موفقة.. خصوصا مع موضوع نادرا ما يتم الحديث عنه في المنتدى ..

تحياتي العطرة ..

حسنا هناك بالطبع بعض التطبيقات والتي ايضا ما تزال مستخدمة بحثا

لكن بالطبع الحصول عليها مكلف جدا (بالنسبة للاشخاص العاديين) أو حتي للمؤسسات

هناك ايضا شركة متخصصة وهي تعتبر الاولي فى هذا المجال وهي

D-Wave

بخصوص النظرية فطبعا النظرية فهمها أولا مهم لكن الحديث عنها او حتي مجرد شرحها (هذا بافتراض انني افهمها كاملة) يحتاج الكثير من الوقت والمجهود

الابحاث وصلت الى مستويات عليا ولم تعد فقط على الورق ولكن استخدامها فى ابحاث الذكاء الاصطناعي ولآن هذا الاستخدام ما زال غير معلن معظم نتائجه فلذلك فان الكثير يعتقد ذلك

ونفس الشركة التي تحدثت عنها قامت بصنع 128-qubit processor chip وهو بالمناسبة متاح للشراء كمنتج تابع ل The D-Wave OneTM system ويمكنك معرفة المزيد عنه من هنا

http://www.dwavesys.com/en/products-services.html

0

شارك هذا الرد


رابط المشاركة
شارك الرد من خلال المواقع ادناه
بخصوص النظرية فطبعا النظرية فهمها أولا مهم لكن الحديث عنها او حتي مجرد شرحها (هذا بافتراض انني افهمها كاملة) يحتاج الكثير من الوقت والمجهود

الابحاث وصلت الى مستويات عليا ولم تعد فقط على الورق ولكن استخدامها فى ابحاث الذكاء الاصطناعي ولآن هذا الاستخدام ما زال غير معلن معظم نتائجه فلذلك فان الكثير يعتقد ذلك

بالنسبة لموضوع المعالج لم اسمع عنه صراحة .. انه قد تم انتاج شئ فعلي . وما اكد كلامي ردود الاخوة خالد واحمد بعد ردي السابق ..

ولكن بالنسبة للخوارزميات في الذكاء الاصطناعي فهو امر مطبق ومنذ مدة .. 3 سنوات او ربما اكثر .. تم استخدام المبدأ الخاص بميكانيكا الكم لتطوير وانتاج خوارزميات بحث جديدة سرعتها اكبر بكثير من سرعة الخوارزميات الاعتيادية .. بعضها جديد على الساحة والبعض الاخر كان تطوير خوارزميات موجودة ..

0

شارك هذا الرد


رابط المشاركة
شارك الرد من خلال المواقع ادناه

بالنسبة لموضوع المعالج لم اسمع عنه صراحة .. انه قد تم انتاج شئ فعلي . وما اكد كلامي ردود الاخوة خالد واحمد بعد ردي السابق ..

ألم تري معلومات المعالج المنتج فى الرابط فى ردجي ردي السابق

ولكن بالنسبة للخوارزميات في الذكاء الاصطناعي فهو امر مطبق ومنذ مدة .. 3 سنوات او ربما اكثر .. تم استخدام المبدأ الخاص بميكانيكا الكم لتطوير وانتاج خوارزميات بحث جديدة سرعتها اكبر بكثير من سرعة الخوارزميات الاعتيادية .. بعضها جديد على الساحة والبعض الاخر كان تطوير خوارزميات موجودة ..

ما قصدته هو شئ ملموس بعيدا عن الخوارزميات بنفسا التفكير الذي قمت به فمعظم الابحاث التي لها ملموس واقعي ولا اقصد تطوير فقط تطوير الخوارزميات سنأخذ مثالا بسيطا اذا افترضت وجود 10000 عضو فى هذا المنتدي فانك ستجد فقط بمعدل تقريبا اقل من 200 قد قرأوا او يعرفون شيئا عن استخدام مبادئ ميكانيكا الكم لانتاج خوارزميات الذكاء الاصطناعي بمختلف انواعها

ولا بأس بذلك فهي خارج مجال اهتمام فئة كبيرة لذا لا تعجب من أن لا تجد كثيرا من الاخبار او المصادر

تحياتي

0

شارك هذا الرد


رابط المشاركة
شارك الرد من خلال المواقع ادناه

الأجمل من كل هذا أن حرف وسطر أخونا محمد ابراهيم وَشى بتغير ملحوظ في أسلوب طرح المادة العلمية عنده ثم التدليل بـ"مراجعها".

استمر يا محمد، ولكن لا تقفز دائما لمواضيع متقدمة فجأة. بالطبع لا مانع أحيانا من مخالفة ذلك.

أتمنى لك كل التوفيق.

تم تعديل بواسطه A.S Hack
0

شارك هذا الرد


رابط المشاركة
شارك الرد من خلال المواقع ادناه

الأجمل من كل هذا أن حرف وسطر أخونا محمد ابراهيم وَشى بتغير ملحوظ في أسلوب طرح المادة العلمية عنده ثم التدليل بـ"مراجعها".

استمر يا محمد، ولكن لا تقفز دائما لمواضيع متقدمة فجأة. بالطبع لا مانع أحيانا من مخالفة ذلك.

أتمنى لك كل التوفيق.

شكرا لك اخي الكريم

________________

نصف ساعة كاملة اعيد فى قراءة ردك حتي استوعب مقصدك كاملا :lol: :) ايام امتحانات بقي اعذرنا

وشي , حرف , سطر (امتحان لغة عربية )

تم تعديل بواسطه MohamedIBrahim
0

شارك هذا الرد


رابط المشاركة
شارك الرد من خلال المواقع ادناه

من فضلك سجل دخول لتتمكن من التعليق

ستتمكن من اضافه تعليقات بعد التسجيل



سجل دخولك الان

  • يستعرض القسم حالياً   0 members

    لا يوجد أعضاء مسجلين يشاهدون هذه الصفحة .