استخدامات وتطبيقات الحوسبة الكمومية
في هذه الوحدة، يمكنك استكشاف بعض التطبيقات الواعدة للحوسبة الكمومية.
ما المشاكل التي يمكن لأجهزة الكمبيوتر الكمومية حلها؟
الكمبيوتر الكمومي ليس كمبيوترا عملاقا يمكنه القيام بكل شيء بشكل أسرع أو يمكنه حل أي مشكلة محتملة. يقوم الكمبيوتر الكمومي بتوسيع مجموعة المشاكل التي يمكننا حلها بكفاءة، ولكن لا تزال هناك مشكلات معقدة جدا بحيث يتعذر على الكمبيوتر الكمومي حلها.
يوضح الرسم التخطيطي التالي مجموعات مختلفة من المشاكل بسبب تعقيدها. تسمى المشاكل التي يمكن للكمبيوتر الكمومي حلها بكفاءة أكبر من الكمبيوتر الكلاسيكي BQP (حدود الخطأ الكمومي متعدد الحدود). الاسم يعني أنها قابلة للحل بواسطة كمبيوتر كمومي في الوقت متعدد الحدود. تتضمن أمثلة مشاكل BQP مشكلة العوامل ومشكلة البحث.
في الواقع، أحد أهداف أبحاث الحوسبة الكمومية هو دراسة المشاكل التي يمكن للكمبيوتر الكمومي حلها بشكل أسرع من الكمبيوتر الكلاسيكي، ومدى حجم السرعة. تعمل أجهزة الكمبيوتر الكمومية بشكل استثنائي بشكل جيد مع المشاكل التي تتطلب حساب عدد كبير من المجموعات المحتملة.
محاكاة المقدار
ميكانيكا الكم هي "نظام التشغيل" الأساسي لكوننا. يصف كيف تتصرف عناصر الإنشاء الأساسي للطبيعة. غالبًا ما تتضمن سلوكيات الطبيعة، مثل التفاعلات الكيميائية والتفاعلات البيولوجية والتكوينات المادية، تفاعلات كمومية للعديد من العناصر. تعد الحوسبة الكمومية لمحاكاة الأنظمة الميكانيكية الكمومية جوهريا، مثل الجزيئات، لأنه يمكن استخدام البتات الكمومية لتمثيل الحالات الطبيعية المعنية. تتضمن أمثلة الأنظمة الكمومية التي يمكننا تصميمها التمثيل الضوئي، والفائقة التوصيل، والتكوينات الجزيئية المعقدة.
تقدير الموارد
يساعدك Azure Quantum Azure Resource Estimator على الاستعداد لمستقبل الحوسبة الكمومية من خلال توفير طريقة لتقدير الموارد المطلوبة لتشغيل البرامج الكمومية على أجهزة الكمبيوتر الكمومية المتدرجة. يساعدك على الإجابة عن أسئلة مثل ما هي موارد الأجهزة المطلوبة؟ كم عدد البتات الكمومية المادية والمنطقية المطلوبة وأي نوع؟ كم من الوقت هو وقت التشغيل؟
ونتيجة لذلك، يمكنك تحسين الخوارزميات الخاصة بك وإنشاء حلول تستفيد من أجهزة الكمبيوتر الكمومية المتدرجة عند توفرها.
عمليات التسريع الكمومي
أحد أهداف أبحاث الحوسبة الكمومية هو دراسة المشاكل التي يمكن للكمبيوتر الكمومي حلها بشكل أسرع من الكمبيوتر الكلاسيكي، ومدى حجم السرعة. مثالان معروفان هما خوارزمية Grover وخوارزمية Shor، والتي تسفر عن تسريع متعدد الحدود واسي، على التوالي، على نظيراتها الكلاسيكية.
يمكن لخوارزمية Shor التي تعمل على كمبيوتر كمومي كسر مخططات التشفير الكلاسيكية مثل مخطط Rivest-Shamir-Adleman (RSA)، والذي يستخدم على نطاق واسع في التجارة الإلكترونية لنقل البيانات الآمن. يستند هذا المخطط إلى الصعوبة العملية في حساب الأعداد الأولية باستخدام الخوارزميات الكلاسيكية.
تعمل خوارزمية Grover على تسريع الحل لعمليات البحث عن البيانات غير المنظمة، وتشغيل البحث بخطوات أقل مما يمكن لأي خوارزمية كلاسيكية. في الواقع، يمكن صياغة أي مشكلة تسمح لك بالتحقق مما إذا كانت القيمة المحددة حلا صالحا ("مشكلة نعم أو لا") من حيث مشكلة البحث.