الحوسبة الكمومية هي فرع من علوم الكمبيوتر يحاول أن يوظف نظرية الكم لبناء كمبيوتر كمومي يختلف في مبدأ عمله عن الكمبيوتر التقليدي مما يجعله فائق السرعة؛ إذ سيتمكن من إجراء عدد هائل من العمليات في نفس اللحظة والتي قد تتطلب من الكمبيوتر العادي سنوات لإنجازها. لكن من الخطأ الاعتقاد أن كل المسائل يمكن لها الاستفادة من الحوسبة الكمومية لأن هناك الكثير من المسائل التي لا تحتاج لهذا النوع من الحساب.

رغم أن هناك الكثير من الدول التي تعمل على تطوير تقنيات الحوسبة الكمومية مثل أمريكا والصين وروسيا وكندا وألمانيا وبريطانيا واستراليا وإسرائيل واليابان إلا أن الأرقام تشير أن سوق هذه التقنية مازال ضحلاً جداً فقد يلغ عام 2021 حوالي 400 مليون دولار فقط ويتوقع أن يصل عام 2028 إلى 530 مليون ويبقى رقم صغير جداً. لكن هذا لا يمنع الشركات من تكثيف العمل على هذه التقنيات لأنها تساعد في فك شيفرة أكثر خوارزميات التشفير تعقيداً مما يجعلها هدف مهم للجهات المهتمة بـالتجسس ومكافحة التجسس والاختراق.

قامت الشركة الكندية D-Wave بإنجاز أول كمبيوتر كمي تجاري في عام 2011. في عام 2019 أصدرت شركة IBM جهاز Quantum System One، وفي نوفمبر 2022، كشفت النقاب عن أكبر كمبيوتر كمي حتى الآن وهو Osprey.

تعتبر أسعار هذه الكمبيوترات عالية جداً مقارنة بالفائدة التي تقدمها لدرجة أنه لو تم شراء كمبيوترات عادية بثمنها لإنجاز السرعة التي تعطيها فستكون التكلفة أقل بكثير بالإضافة أن هذه الكمبيوترات تحتاج درجة حرارة منخفضة كي تعمل وبالتالي فحجها كبير جداً ولا يمكن أن نستضيفها على مكاتبنا مثل الكمبيوترات العادية بل على الأرجح كل من يريد استخدامها سيعتمد على الخدمات السحابية الكمومية التي توفرها بعض الشركات.

كيف تعمل الحوسبة الكمومية؟

بما أن الحوسبة الكمومية تعتمد على فيزياء الكم فأساس عملها هو عدم التأكد. بخلاف الكمبيوترات العادية التي يشكل البت الرقمي وحدتها الحسابية الأساسية والذي يمكن له أن يكون في وضعين فقط 0 أو 1 فإن البت الكمومي ويسمى كيوبت يمكن أن يكون في الحالتين معاً وهذا مايجعل القدرة الحسابية فيها كبيرة.

فلنفرض أنه لدينا كمبيوتر كمومي 2 كيوبت عندها يمكن له أن يكون في الحالات الأربعة الممكنة في نفس اللحظة وهي 00 01 10 11 أما الكمبيوتر التقليدي سيكون في حالة واحدة فقط في كل لحظة. فإذا احتجنا لإجراء عملية ضرب بعدد ما فإن الكمبيوتر الكمي سيوقم بأربع عمليات ضرب في خطوة واحدة أما الكمبيوتر التقليدي سيحتاج لأربع خطوات.

تخيل لو زدنا عدد الكيوبتات إلى 3 عندها سيحتاج الكمبيوتر الى 8 خطوات ولو زدناها إلى 10 سيحتاج إلى 1024 خطوة أي 2 أس 10 أما الكمبيوتر الكمومي سينجزها في خطوة واحدة.

لكن بالطبع ليست كل المسائل تحتاج لحلها أن نناقش كل الحالات الممكنة وبالتالي هذا النوع من الحساب الكمومي سيكون غير مفيد أما في مسائل معينة مثل إيجاد الأعداد الأولية لعدد فاختبار كل الأعداد التي تسبقه في خطوة واحدة سيكون أمراً فعالا أو في فك تشفير بعض الخوارزميات فتوليد كل مفاتيح التشفير التي يمكن أن يتم تكوينها من خلال خوارزمية سيكون فعال جداً في هذه الكمبيوترات الكمومية لأننا بالفعل نحتاج لحساب كل الاحتمالات الممكنة.

فوائد الحوسبة الكمومية

1- السرعة

كما بينا في المثال فالكمبيوتر الكمومي سريع بشكل فائق مقارنة بأجهزة الكمبيوتر التقليدية في المسائل التي تحتاج لحساب كل الاحتمالات الممكنة.

2- المحاكاة

تتطلب بعض أنواع المحاكاة مناقشة كل الاحتمالات الممكنة لتطور النظام الذي يتم محاكاته وهذا قد يكون مفيد في بعض نماذج المحاكاة المستخدمة لتطوير الأدوية.

3- تحسين الذكاء الاصطناعي

هناك بعض خوارزميات الذكاء الاصطناعي التي تحتاج لحساب كل الاحتمالات الممكنة لاختيار أفضل الحلول لكن لعدم إمكانية ذلك في الكمبيوترات التقليدية يتم استخدام تقنيات قد لا تكون أمثلية وهنا يأتي دور الحوسبة الكمومية في تحسين هذه الخوارزميات.

معوقات الحوسبة السحابية

1- شروط التشغيل والتكلفة

يجب لكي تعمل هذه الكمبيوترات أن تحافظ على درجة حرارة منخفضة خلال فترة عملها وعند حدوث أي خلل تضيع العمليات الحسابية كلها.

2- الحصول على النتائج

بعد اكتمال الحساب الكمي محاولة قراءة النتائج قد تؤدي إتلاف البيانات وضياع الحساب.وذلك أن أجهزة القراءة قد تؤثر على الحالة الكمومية للكيوبتات.

يبدو أن فائدة الكمبيوترات الكمومية ستكون محدودة في مجالات معينة ولا يتوقع أن يحدث خرق كبير في تطور هذه التقنيات في المدى المنظور؛ إلا أنها قد تكون أداة فعالة لكسر تشفير كل خوارزميات التشفير على الانترنت وبالتالي تستطيع الجهة التي تطورها أن تخترق أي نظام تريده وهذه السبب وحده كفيل بجعلها تحظى باهتمام الشركات والدول وتستمر في تطويرها رغم أن تكلفتها اليوم أكبر بكثير من تكلفة صناعة كمبيوترات عملاقة تنجز مهامها بنفس سرعتها.