بسم الله الرحمن الرحيم اليكم التوضيح الامثل للموضوع.
الحاسوب الكمي (Quantum Computer) الذي يعتمد نظريات فيزياء الكم ليفترض وجوداً لا نهائي التكرار لوحدة التمثيل الاكترونية (البِت)¡ ويبشر بالتالي بجهاز لانهائي القدرة (نظرياً) على المعالجة والاسترجاع وذي تطبيقات يعجز الوصف عن إبانة مداها.
والحديث في هذا السياق سيقودنا حتماً لذكر (بيتر و. شور) الذي قدّم للعالم عام 1994م (وهو لما يبلغ الأربعين بعد) أول خوارزم (أو هيكل برنامج) مثالي يمكن تطبيقه على ما سيفترض كونه حاسباً كمياً كان وقتها حبراً على ورق قبل أن تتخذ شركة IBM خطوات جادة لتنفيذ فكرته عام 2000م. فكان (شور) بذلك واضع اللبنة الأولى في هذا المشروع الذي يتوقع الكثيرون أن يشكل منعطفاً هاماً في مسيرة الحضارة العلمية.
ولد (شور) في صيف العام 1959م¡ ودرس في كل من معهد كالفيورنيا للتقنية وجامعة كاليفورنيا بـبيركلي ثم نال الدكتوراه من معهد ماساتشوستس للتقنية قبل أن ينضم لمختبرات شركة (AT&T) للاتصالات عام 1986م كباحث في الرياضيات. وهناك حقق إنجازاً بنشره عام 1994م دراسة تثبت إمكانية استخدام الحوسبة الكمية نظرياً في التحليل الحسابي للأعداد الكبيرة [Shor 94]. وقد عصفت دراسته تلك بالموثوقية والتسليم اللذان كانت تحظى بهما أساليب التشفير الأمنية التي كانت مستخدمة على النطاق الدولي¡ حيث أثبت (شور) إمكانية ابتكار برامج لكسر هذه الشفرات مهما بلغ تعقيدها في أزمنة قياسية. كما أن للحاسب الكمي الذي أنعش (شور) الأمل في إخراجه للوجود تطبيقات يرجى من خلالها حل مسائل يُسلم العلماء حالياً باستحالة حلها حلاً تاماً بالنظر لمستوى المعرفة البشري الحالي وحتى مع القدرات الراهنة للحاسبات الالكترونية الفائقة (Super Computers).
ولا يزال (بيتر شور) متابعاً لأبحاثه¡ وهو محل تقدير علمي دولي. فقد نال عام 1998م جائزة (نيفانلينا) التي تُمنح مرة كل أربع سنوات كواحدة من أرقى الجوائز العالمية في مجال الرياضيات. كما أن (شور) قد حظي بنيل جائزة الملك فيصل العالمية في مجال العلوم مناصفة مع الروسي (يوري مانن) عام 2002م. ونقل عن (شور) وقتها امتنانه للفوز بالجائزة المرموقة التي نالها قبلاً نخبة من العلماء المبرزين.
ما بعد السليكون... أجيال لا إلكترونية لحاسبات الغد
على الرغم من كل ما حققته صناعة الحاسب الآلي من تقدم مذهل متمثل في وجود أجهزة متناهية الصغر في حجمها¡ بالغة السرعة والدقة في حساباتها وذات قدرة استيعاب فلكية للبيانات¡ إلا أن الطموح البشري لصنع جهاز (الحاسب الفائق) لم يتم إرضاؤه بعد. هذا الحماس للوصول للحاسب الخارق يحدوه ويغذيه المثال الحاسوبي الأكمل والأدق صنعاً حتى الآن.. وهو الدماغ البشري الذي أبدع صنعه الخلاق العظيم¡ والذي يتفوق على أفضل أجهزة اليوم ليس في القدرة على المعالجة والتخزين والاسترجاع فحسب¡ بل ويعلو عليها بوظيفته الطبيعية كجهاز قادر على التفكير واتخاذ القرار الصائب دون الحاجة لتلقيمه بالمعطيات الصحيحة دوماً. وهو ما يعد البحّاثة محاكاته حلماً سيكلل تحقيقه الجهد المبذول للخروج بالحاسوب الذي لا يهزم!
ومع إقرارنا كمسلمين باستحالة مقارعة خلق الله تعالى. إلا أننا نسلم بوجوب استفراغ الوسع في البحث وطلب العلم بغية إيجاد الأفضل والأحسن دوماً. وهذه الرغبة في التطوير والتحسين تدفع العلماء منذ نحو عقد من الزمان للخروج بأفكار ثورية ليس فيما يتعلق فقط بتصميم مكونات الكومبيوتر - الذي يسعنا أن نصرح بثقة أن الحضارة المعاصرة باتت تعتمد عليه- ولكن الخروج عن المألوف قد طال أيضاً صلب فكرة الحوسبة¡ وماهية البيانات¡ والأسلوب الحالي الذي نستعمله – كبشر – لتمثيل المسائل وتقديمها للحاسوب ليحلها ويخزين معطياتها ومخرجاتها كنبضات كهربية أو ضوئية.
وقبل أن نستعرض بعضاً من الأنماط المستقبلية التي قد تتجه إليها نظرية الحوسبة¡ فإننا سنتطرق قبلاً لعدد من نقاط الضعف التي تعانيها التقنية الشائعة حالياً والتي تدفع بالمفكرين للبحث عن بديل أكثر قابلية لمواكبة الطموح البشري في صنع عقل الكتروني.
عوائق تواجهها حاسبات اليوم
تتكون أجهزة الكومبيوتر التي نستخدمها اليوم من دارات كهربية متكاملة فائقة الدقة مطبوعة على شرائح مصنوعة في مجملها من مواد فائقة الموصلية الكهربية أشهرها السليكون والسيزيوم. ومنذ أن ظهر هذا الجيل من الحاسبات منتصف السبعينات الميلادية من القرن العشرين وهو في تطور مستمر سواء من حيث تصغير حجم شرائحه مع تحميلها المزيد من البوابات المنطقية¡ أو من حيث تسريع إجراء العمليات عليه.
لكن مع رغبة المصممين في تصنيع معالجات أصغر فأصغر¡ فقد اصطدموا بمعضلة عجزهم عن تجاوز مستوى المكون الأصغر إطلاقاً للعنصر الكيميائي.. ألا وهو الذرة!
فمهما ازدادت دقة التوصيلات وكثافة الدارات على شريحة السليكون المنشودة¡ فإنه يستحيل عملياً تصنيع دارات أو أسلاك أصغر في قطرها من ذرة السليكون ذاتها. وثمة مشكلة تقتضي التفكير في استخدام مكونات دون ذرية أو متمتعة بذاتها بقدرات توصيلية أو تكوينية دون مستوى الذرة.
وهناك عقبات تطويرية أخرى متعلقة بطبيعة التقنية الحالية تتمثل في وجود حد أقصة لسرعة انتقال الإشارات الكهربائية في عجينة شريحة السليكون –بالرغم من مقاومتها المتدنية جداً- وهو حد يرغب الكثيرون ولاشك في تجاوزه.
وكما أسلفنا¡ فإن الحاسبات المعاصرة تفتقر بناءاً على أساس تصميمها وطبيعة مكوناتها للقدرة على التفكير المستقل والاستنتاج المتحرر عن طبيعة المعطيات التي يضمنها لها برنامج التشغيل. وهذه قدرات يكاد يجمع العلماء على استحالة ضمانها مالم تستحدث أو تستخدم خامات حيّة كخلايا الدماغ أو الأنسجة العصبية لتدعيم بناء وحدات المعالجة في الحاسبات!
ناهيك عن وجود تصورات فيزيائية متقدمة تبدو من الناحية النظرية أكثر إثماراً وأعظم فاعلية فيما لو تم تطبيقها عوضاً عن مبادئ المنطق والمادة النمطية المستخدمة في الوقت الراهن لتمثيل المعادلات وخوارزمات الحل التي تعمل بها الكمبيوترات. ويبدو عجز الحاسبات الحالية عن تناول أكثر من مسألة معقدة بالمعالجة والحل في الوقت ذاته عذراً كافياً عند الكثيرين يشجعهم على البحث عن طريقة ما لمعالجة أكبر عدد ممكن من العمليات المنطقية في نفس اللحظة وعلى التوازي.
وهناك رأي آخر قائل بكون وحدات الذاكرة الحالية ربما لا تكون ملائمة في سعتها وسرعتها – التي تبلغ فعلاً مستوى مذهلاً من التقدم- لتوفي حاجات الحكومات ومراكز البحث والدفاع التي تحلم في تخزين كل معارف البشر وخبراتهم عبر الزمان في وحدة واحدة صغير بوسع فرد ما أن يحملها في جيبه!
كل تلك التصورات¡ وإن بدا بعضها مغرقاً في التطلب والطموح¡ تعكس بالفعل حواجز طبيعية أو نظرية أمام تطوير نظام الحوسبة الحالي. ولكل منها حلول نظرية أو في طور التطبيق نستعرضها تباعاً.. وهي حلول تنبئ عن مستقبل مذهل لا يعلم إلا الله كيف لنا أن نسخره لتقدم الانسانية.
حاسبات الغد..حيوية وكميّة
تتفاوت التصورات المستقبلية لماهية جهاز الحاسب الآلي تبعاً لتفاوت المجالات العلمية التي خرجت منها هذه التصورات والمعضلات الرياضية أو الهندسية التي لأجلها تبلورت. لكن معظم الأفكار الجديدة التي نستعرضها في هذا المقال تتناول بشكل أو بآخر كيفية استغلال المكونات الحية¡ بشرية أو حيوانية¡ في تطوير أو تصنيع مكونات حاسبات الغد.
وهذا المساق البحثي وإن كان يسبغ على الفكرة هالة أقرب للخيالية¡ إلىأنه يعكس شبه القناعة السائدة في الوسط العلمي على كون الخطوة التالية في تقدم الحاسبات ستتمثل في إعطائها القدرة على التفكير والتذكر بنفس سرعة وكفائة وسعة الدماغ الحي¡ وعلى كون السبيل الوحيد لمماثلة أداء الدماغ الحي والخلية العصبية الحية هو عبر استغلالها بذاتها أو أي من مكوناتها في الجهاز الجديد.. الذي سيعرف وقتها بـ (الكومبيوتر الحيوي – Bio Computer).
ونظراً لمحدودية ما نعرفه للآن عن تركيب المخ وطريقة عمل الأعصاب¡ وضحالة علمنا بطبيعة عمليات التفكير والتذكر والتحليل في الدماغ¡ فإن العلماء يباشرون دراساتهم الحالية على كائنات ذات تركيب حيوي بالغ البساطة¡ ويعدون كل نجاح ينجزونه في دراستهم الحيوية- الحاسوبية عليها درجة في السلم نحو فهم مستقبلي كامل لمعجزة العقل البشري.
ففي عام 1999م¡ نجح فريق من علماء معهد جورجيا للتقنية في إجراء عمليات حسابية أولية بواسطة ما يمكن تسميته مجازاً بالكمبيوتر الحيوي البدائي¡ وهو عبارة عن محلول به مجموعة من طفيليات (العَلَق) تم وصله بعدة أقطاب كهربية. وبحسب التجربة فإن العصبونات في كل من كائنات العلق تلك لها نشاط كهربي مستقل يتيح لها أن تتعامل على نحو منفرد مع الحفز الالكتروني المفروض عليها. وهذه العصبونات الحية لها القدرة الذاتية كذلك على تحديد النمط الأمثل لتكوين الروابط فيما بينها. وبالمقارنة مع شرائح السليكون التي لا تتكون الروابط المنطقية فيها إلا بحسب ما يمليه عليها برنامجها المُعد¡ فإن حاسبات-العَلَق هذه يؤمل لها أن تكون نواة لحاسبات مستقبلية قابلة لأن تتخذ بذاتها قرارات صائبة لحل المسائل بدون تدخل مباشر من قبل المستخدم البشري. وتعتبر مسائل (التعرف على الأنماط – Pattern Recognition) كخطوط اليد والتواقيع من المجالات التي يتوقع أن تستغل هذه التقنية في سبيل تطوير تطبيقات أمثل لها.
وفي مجال الحوسبة الحيوية أيضاً¡ فلعل أحد أكثر النظريات حداثة وإثارة في علم الحاسب الآلي تلك التي تقوم على الاستعانة بتقنيات علم الأحياء الجزيئية في مجال دراسة الجينات الوراثية والحمض النووي (DNA)¡ والتي يمكن سميتها اصطلاحاً بالـ (حوسبة بالمورثات).
ففي العام 1994م نُشرت دراسة تفيد بإمكانية استخدام الأساليب المتبعة في دراسة الجزيئات الحيوية لأجل تصميم طرق أفضل للتعامل مع بعض المسائل الرياضية. وبشكل مختصر¡ فإن الدراسة تشير إلى إمكانية استغلال الشيفرة الطبيعية التي تقوم أربعة أنواع مختلفة من القواعد البروتينية بتشكيل ظفيرة الحامض النووي بها¡ وبواسطة المؤثرات الحرارية¡ فإنه يمكن القيام بعمليات (قراءة) و (تعديل) و(حفظ) لهذه الحالات الكيميائية والعبث بها كما لوكانت في وحدة معالجة وعرض في جهاز حاسوب الكتروني. وتمتاز هذه الفكرة بتقديم قفزتين نوعيتين في مجال الحوسبة. فهي من جهة تتيح التعامل مع كمية هائلة من البيانات على نحو أكثر كفاءة من أوساط السليكون الالكترونية بكثير (يمكن بها تخزين البِت الواحد فيما تصل سعته لواحد من مليون المليون من المتر المكعب). وهي من ناحية أخرى¡ تمثل وسطاً مثالياً لما يُعرف بتطبيقات الحوسبة المتوازية (Parallel Computing)¡ التي تتيح معالجة أكثر من تطبيق أو حل أكثر من مسألة رياضية في ذات الوقت وعبر ذات وحدة المعالجة. وهي ميزة للحاسبات ما فتأ العلماء يطورونها ويحلمون بحل أعظم المسائل تعقيداً بواسطتها.
إلا أن ثورة الحوسبة التي أخذت بألباب العلماء وقاربت الواقع أكثر من غيرها من صيحات التجديد في علم الحاسبات ليست تعتمد على تراث علوم الأحياء ووظائف الأعضاء. بل تقوم على تبني مبادئ فيزيائية شكلت واجهة العلم الحديث في القرن العشرين وتبشر بالمزيد.. ألا وهي فيزياء الكم!
ففي النظام الفيزيائي الكمي¡ ليس للإلكترون وجود محدد في مكان معين بلحظة معينة. بل هناك (احتمال) ما لهذا الوجود في أي آن من الزمن. وعليه فإن النظرية تقتضي وجود الإلكترون في كل مكان من الفضاء في أي لحظة باحتمالات متفاوتة لهذا الوجود بالنسبة لكل نقطة في المكان!
وإذا تمت معاملة وحدة التمثيل في الحاسبات (وهي البِت bit) بنفس الأسلوب¡ فإنه عوضاً عن توفر صورتين وحسب لتمثيل الحالة الرياضية¡ إما 0 وإما 1¡ في النماذج المستخدمة حالياً من الحاسبات الاكترونية¡ فإنه ستوجد نظرياً أعداد لا نهائية من الحالات التي يمكن أن تتواجد عليها النبضة الكهربائية فيما بين الصفر والواحد وستسمى وحدة التمثيل الجديدة بالكيو-بِت Q-bit اختصاراً للعبارة الانجليزية (Quantum Bit) ونسبة لنظام كمي يتيح للحاسب التعامل مع ما لانهاية له من المسائل في ذات الوقت¡ ويعطينا نموذجاً حاسوبياً أسرع بملايين المرات من أفضل كمبيوتر تم صنعه حتى الآن بأيدي بشر.
ويشهد الوسط العلمي حالياً فورة بحثية في هذا الصدد يشارك فيها نخبة من علماء الرياضيات والفيزياء والمادة. والجهود المبذولة هنا توشك أن تبارح مرحلة التنظير وتقترب من تصنيع نموذج فعّال يمكن استخدامه للحاسب الكمي الذي سيعصف بالكمبيوترات التي نعرفها اليوم ويفتح آفاقاً جديدة في مجالات التشفير والمحاكاة المعقدين. ويكفينا أن نعرض هنا أنه يتوقع أن يستطيع حاسوب كمي ما أن يفك شفرة من 400 خانة في ما يقرب على السنة من المحاولات الحسابية المستمرة¡ وهو زمن ليس سيئاً بتاتاً إذا عُلم أن الحاسبات المتقدمة المعاصرة قد يلزمها مليار عام لفك ذات الشفرة!* وقد دشنت شركة IBM مشروعها لتطوير الحاسب الكمي عام 2000م. ونظراً للتطبيقات العسكرية الفائقة لهذه التقنية¡ فإن الحكومة الأمريكية تولي الموضوع اهتماماً خاصاً عبر فريق عامل بمختبرات (لوس آلاموس) بولاية (نيو ميكسيكو) وهي نفس المختبرات التي أنتجت أول قنبلة ذرية.
ذاكرات ضوئية.. وبروتينية
وإذا كانت التقنيات السالفة موجهة نحو وحدات المعالجة في الحاسبات¡ فإن مكونات أخرى¡ كالذاكرة¡ لها نصيبها من الدراسات التطويرية المتقدمة. وعوداً على المكونات الحية للحاسبات¡ فإن دراسة أخرى تقترح تزويد كمبيوترات الغد بوحدات ذاكرة بروتينية. مكونة في مجملها من خلايا نوع معين من البكتيريا التي يتغير تكوينها الكيميائي تبعاً ادرجة الحرارة المحيطة بها. وقد أثبتت التجارب أن لتلك الخلايا قابلية القيام بما يشبه تمثيل البيانات ضوئياً عبر التأثير عليها بأطوال موجية مختلفة من الضوء. وأنه يمكن تصنيع ما يسمى (بمكعبات الذاكرة) منها والتي يتيح أخدها تخزين عشرة تيرا بايتات (أي عشرة ملايين مليون بايت) من البيانات في السنتيمتر المكعب الواحد من المادة البروتينية لمدة قد تصل لخمس سنين¡ مع قابلية نقلها من جهاز لآخر دون الحاجة لتوليفها مع نظام تشغيل محدد! وهي بذلك لا تقدم صورة جديدة من أوساط التخزين فحسب¡ بل وتعد أيضاً بوسيلة عظيمة السعة حرة التنقل بغض النظر عن وسط الحوسبة ذاته.
وعلى ذات النغمة تدق تقنية الذاكرة الضوئية المعروفة بالـ (Holoe Store). وهي تقنية تعتمد على تمثيل البيانات ضوئياً على مواد ذات حساسية فائقة للضوء ومن ثم استخدمات موجات الليزر لعمل قوالب ضوئية ثلالثية الأبعاد للمادة المخزنة يمكن تشفيرها الكترونيا ليتم التعامل معها تخزيناً ومعالجة بواسطة أجهزة الحاسوب. وهذه الفكرة تعد بإمكانية توفير أوساط تخزين يكون الواحد منها بحجم مكعب السكر ويحوي في داخله ما يوازي العشر ميغابايتات من البيانات الضوئية في السنتيمتر المكعب. وتتميز هذه الفكرة بتوفيرها سرعة انتقال للبيانات الضوئية هي أعلى بكثير مما يوفره نمط النقل التسلسلي المتبع عادة في النبضات الكهربية التقليدية مما يبشر بالتغلب على عقبة أخرى كثيراً ما يعاني منها مصمموا الحاسبات الآلية.
وماذا بعد¿!
يبدو أن الغد يخبئ لنا مالا قبل لنا بتصوره عن الحاسبات الآلية. وبالنظر إلى التأثير الكبير الذي تمثله هذه الأجهزة على حياتنا اليومية في أبسط تفاصيلها¡ فإننا لا نبالغ أبداً إذا ذكرنا أنه كلما ازدادت أبحاث تطوير الحاسبات غرابة وطموحاً¡ كلما تعرض نمط حياتنا الحالي لمزيد تهديد بالتغيير والتبديل. لا سيما وأن كثيراً من الأبحاث المعروضة أعلاه لها أثر مباشر في عمليات حسابية تُستخدم في التعاملات الفردية اليومية كنظم التحقق من الشخصيات عبر خط اليد¡ ونظم تأمين كلمات السر وتشفير المواقع على الشبكات. ولا ننسى أن نُذكِّر بأن الغرض النهائي لتلك الأبحاث هو الخروج بعقل الكتروني مماثل للعقل البشري – إن لم يُرد له أن يتفوق- في قدرات التحليل والاستنتاج. والبحث في ثمة مجال يفتح آفاق تساؤل شتى حول مستقبل التعايش ما بين اللإنسان والآلة في زمن قادم تحدد التقنية المتقدمة معالمه.. ويجدر بنا ألا نقتحمه إلا ولنا بصمة مميزة في
ضوابط المشاركة
المفضلات