كان يعمل الكمبيوتر قديما بتكنولوجيا الصمامات المفرغة ثم تطور الى استخدام الـTransistors ثم بعد ذلك Completed Circuits الذي ادى الى ظهور المعالجات الدقيقة حيث وصل الأمر الآن الى ظهور تقنية جديدة تسمى التخزين الحجري التي يمكن من خلالها وضع Transistors في مساحة 1/4 micron يعني 0.00000025 متر يعني 1/400 من عرض شعرة انسان. اذا استمر التطور على هذا المنوال ستصنع الـLogic Gates في المستقبل من الـAtoms (صنعت بالفعل).
على مستوى الذرات تخضع المادة لقواعد فيزيائية جديدة تختلف عن قواعد الفيزياء الكلاسيكية تسمى Quantum Mechanics و لكن الـLogic Gates مبنية على قواعد الفيزياء الكلاسيكية. الكمبيوترات الجديدة التي تعمل على مستوى الـAtoms لا يمكن ان تستخدم الفيزياء الكلاسيكية لانها لن تنطبق و ستطبق Quantum Technology و التي لن تكون مجرد زيادة في عدد الـTransistors او زيادة في سرعة المعالج و حسب لكن ستصبح طريقة جديدة بالكامل لتنفيذ الحسابات مبنية على قواعد Quantum Mechanics.



ما هي الـ(Qubit)؟



الـBit هي أصغر وحدة لتمثيل المعلومات في الكمبيوتر التقليدي و لها 2 Logical Values فقط تحددان حالتها هما 0 و 1 او صحيح و خطأ.
الـQuantum Bit او Qubit مبنية على Quantum System يحتوي حالتين ايضا و لكنها تختلف عن الـBit التقليدية في انها يمكن ان تكون في الحالة الفائقة بحيث تكون في الحالتين 0 و 1 معا في آن واحد.
مثلا عندنا register مكون من 3 Bit يحتوي في لحظة معينة على رقم من 8 أرقام يمكن ان يحتويها. لكن ال Quantum register المكون من 3 Qubit يمكن ان يحتوي في لحظة معينة على الأرقام ال8 كلهم في الحالة الفائقة




كيف يعمل الـ(Quantum computer)؟



بمجرد تفعيل الـQuantum register للحالة الفائقة لأرقام مختلفة سيكوم بمقدورنا تنفيذ حسابات عليهم جميعا في وقت واحد.
Quantum Computer يستطيع تنفيذ العديد من العمليات بالـParllelism فاذا كان يتكون من X Qubit فانه يستطيع تنفيذ X 2 عملية في وقت واحد و هذا هو الفرق بينه و بين الكمبيوتر التقليدي فلو هناك (function) يستقبل مدخلات معينة يمكن تزويد هذا الـFunction بكذا قيمة في نفس الوقت من خلال الحالة الفائقة و ينفذ العمليات عليهم جميعا بالـParllelism.



ما هي قوة الـQuantum Computers؟





من اجل ان ننصف Algorithms معينة على انها فعاله يجب ان يكون الوقت الذي تستغرقه في التنفيذ لا يزيد بأسرع من Polynomial Function لمجموع Inputs بمعنى آخر ان تكون المشكلة التي تحلها هذه الـAlgorithms من صنف P.
المشكلات خارج صنف P تعتبر مشكلات صعبة فمثلا عملية الضرب تعتبر داخل صنف P و لكن مشكلة تحليل عدد صحيح الى عوامل أولية خارجها لكن هذا ليس معناه انه من المستحيل حلها او انها غير قابلة للحل بل معناه انها تحتاج الى الكثير من الموارد لحلها لذلك فهي (intractable).
بعض من الـQuantum Algorithms يمكنها تحويل المشكلات الرياضية الصعبة الى سهله.
تحليل عدد صحيح الى عوامله الأولية هو أكثر مثال بارز حتى الآن, الكثير من وسائل الحماية مبنيه على صعوبته مثل RSA Algorithms المستخدمه في حماية حسابات البنوك الإلكترونية. اذا تم بناء Quantum Computer و استخدامه في تحليل العدد الصحيح لعوامله الأولية ستصبح تلك الحسابات غير محمية بالمره.



كيف يمكن بناء Quantum Computers؟



نبدأ بـLogic Gates بسيطة و نوصلها ببعض لتكوين Quantum Network. اQuantum Logic Gates تماثل الأخرى التقليدية في انها أبسط جهاز يقوم بالحسابات حيث ينفذ 1 Quantum operation عادة على 2 Qubits في وقت معين. و طبعا هي تختلف عن نظيرتها التقليدية في انها يمكنها انشاء و تنفيذ العمليات في الحالة الفائقة.



لماذا يعتبر بناء Quantum Computers عملية صعبة؟

لأنه كلما زاد عدد الـQuantum Logic Gates في الشبكة كلما دخلنا بسرعه في مشاكل تطبيقية. كلما زاد عدد الـQubit المستخدمة كلما أصبح من الصعب هندسة التفاعل الذي سيظهر الـQuantum Properties. كلما زاد عدد المكونات كلما زادت احتمالية انتشار الـQuantum informations خارج الـQuantum computer و ضياعها في البيئة خارجه و هذا يتلف عملية الحسابات. هذه العملية تدعى بال (decoherence). لذلك يجب علينا هندسة نظام فرعي دقيق بحيث كل Qubit تؤثر في الأخرى و ليس في البيئة.



من أجل ان تتصوروا مدي تعقيد بناء Quantum Computers, لتحليل عدد صحيح يتكون من 200 رقم الى عوامله الأولية نحتاج الى 3500 Qubit تزيد الى 100,000 اذا تم تنفيذ تصحيح للأخطاء. و من أجل اختراق Algorithms ال RSA نحتاج حوالي 10,000 Qubit