عملية حسابية بسيطة باستخدام الحاسوب الكمومي

بواسطة

 



لنأخذ عملية 4 × 5 ونفكّر فيها خطوة بخطوة كما لو كنا نستخدم حاسوبًا كمّيًا مبسطًا، مع التركيز على الكيوبتات، التراكب، والتشابك، دون الدخول في التفاصيل الرياضية المعقدة:

الخطوة 1: تمثيل الأرقام بالكيوبتات
الرقم 4 بالثنائي = 0100 ونخصص له 4 كيوبتات.
الرقم 5 بالثنائي = 0101 ونخصص له 4 كيوبتات أخرى.
إذن لدينا مجموعتين من الكيوبتات:
مجموعة للرقم الأول (4)
مجموعة للرقم الثاني (5)

الخطوة 2: إدخال التراكب
نطبق بوابة هادامارد على بعض الكيوبتات حسب الخوارزمية، لتسمح للحاسوب الكمّي بمحاكاة عدة احتمالات لضرب الأرقام معًا في وقت واحد.
يمكن للكيوبتات الآن أن "تمثل" كل الاحتمالات الممكنة للرقمين في نفس الوقت.

الخطوة 3: التشابك بين مجموعتي الكيوبتات
نستخدم بوابات مثل CNOT لربط الكيوبتات بين الرقم الأول والثاني.
هذا يُنشئ تراكب متشابك بحيث أن أي حالة للرقم الأول مرتبطة مباشرة بحالة الرقم الثاني.
التراكب والتشابك يضمن أن الحاسوب الكمّي يستطيع حساب جميع الاحتمالات بطريقة متزامنة.

الخطوة 4: التداخل الكمّي
جميع الاحتمالات المتشابكة تتفاعل مع بعضها عبر بوابات كمّية إضافية، بحيث تُقوّى المسارات التي تؤدي إلى الناتج الصحيح (20 في هذه الحالة) وتضعف المسارات الخاطئة.
هذه هي المرحلة التي تجعل الحوسبة الكمّية أسرع من التقليدية في مسائل كبيرة جدًا.

الخطوة 5: القياس النهائي
بعد اكتمال العمليات الكمّية، نقوم بقياس جميع الكيوبتات.
النتيجة تظهر كرقم ثنائي يمثل 20 = 10100.
أي أن الحاسوب الكمّي قد "اختار" المسار الصحيح من بين كل الاحتمالات المتراكبة والمتشابكة.

باختصار، الرقم الأول والرقم الثاني يُمثلان كل منهما بمجموعة كيوبتات، بوابات هادامارد تُدخل التراكب، وبوابات CNOT والتشابك تربط المجموعتين لتجربة جميع الاحتمالات معًا. القياس النهائي يعطي الناتج الصحيح 20.

تعليقات

إرسال تعليق

المشاركات الشائعة من هذه المدونة

أيام الكواكب وسنواتها

بواسطة
صورة
تختلف أطوال أيام وسنوات كواكب المجموعة الشمسية مقدرة بأيام الأرض وساعاتها. اليوم هو مدة دوران الكوكب حول نفسه، والسنة هي مدة دورانه حول الشمس . فيوم عطارد هو نحو 58 يوماً، وسنته نحو 88 يوماً. ولكن يوم كوكب الزهرة هو نحو 243 يوماً، وسنته 225 يوماً، أي أن يومه أطول من سنته! تدور الأرض حول نفسها كل يوم، وسنتها قرابة 365 يوماً. أما المريخ فيومه يوم و 27 دقيقة، وسنته 687 يوماً. ولكن يوم المشتري 9 ساعات و 55 دقيقة وسنته تساوي 11 سنة و314 يوماً. في حين أن يوم زحل يساوي 10 ساعات و47 دقيقة وسنته 29 سنة و166 يوماً. بعده أورانوس ويومه البالغ 17 ساعة و 14 دقيقة وسنته نحو 84 سنة. وآخرها نبتون ويومه البالغ 15 ساعة و58 دقيقة وسنته تساوي 166 سنة و288 يوماً. أي أن السنة تزداد مع ابتعاد الكوكب عن الشمس. أما طول اليوم فيتعلق بفترة تشكّل كل كوكب وتطور هذا التشكّل .
Read more »

الاتحاد الأوروبي

بواسطة
صورة
هو اتحاد اقتصادي وسياسي يجمع 28 دولة أوروبية (منها المملكة المتحدة التي صوتت للانسحاب من الاتحاد الأوروبي في عام 2016، وانسحبت عام 2020). الخطوات الأولى في تشكيل الاتحاد الأوروبي جاءت في أعقاب الحرب العالمية الثانية وذلك بهدف تعزيز التعاون الاقتصادي لتتجنب النزاعات بين بعضها. فنشأ نتيجة ذلك ما سمي بالجماعة الاقتصادية الأوروبية (EEC) عام 1957 بين ستة بلدان هي بلجيكا و ألمانيا و فرنسا و إيطاليا و لوكسمبورغ و هولندا . تطور الاتحاد والتعاون الأوروبي بعد ذلك واتسع إطاره ليشمل الجوانب السياسية والبيئية والصحية والعلاقات الخارجية وشؤون الأمن والعدل والهجرة. وفي عام 1993 جرى تغيير اسم المجتمع الاقتصادي الأوروبي ليصبح الاتحاد الأوروبي. أزيل ضبط الحدود بين الدول الأعضاء وأصبح بإمكان الأشخاص والبضائع والخدمات والأموال التنقل بحرية في دول الاتحاد الأوروبي. تحكم الاتحاد الأوروبي اتفاقيات ومؤسسات وقوانين وافقت عليها الدول الأعضاء. ويُحكَم الاتحاد وفق مبدأ الديمقراطية التمثيلية، فللمواطنين الأوروبيين ممثليهم في البرلمان الأوروبي، والدول الأعضاء لها ممثلوها في المجالس الأوروبية. ا لمفوضي...
Read more »

قواعد المنطق الرئيسية الثلاث

بواسطة
صورة
  وهي أبسط القواعد التي لا يمكن بدونها أن يكون خطاب أو مقال. وهي في حكم المسلمات . بنيت عليها أول الفلسفة . أولاها: قاعدة التطابق، بمعنى أن كل شيء مطابق لنفسه، ولا يمكن للشيء أن يكون غير نفسه. وفي الرياضيات المتغير المسمى x مثلاً هو نفسه في كل ما يجرى عليه من عمليات، وكل نظرية تشمل نفسها. الثانية قاعدة اللاتناقض، بمعنى لا لشيء الصفة ونقيضها، فلا يمكن لعدد فردي مثلاً أن يكون زوجياً في الآن نفسه، أو للشيء أن يكون صحيحاً وخطأً في الآن نفسه. القاعدة الثالثة هي أن لكل شيء له إما الصفة أو عكسها، فكل عدد هو إما فردي أو زوجي، وأي مقولة هي إما صحيحة أو خاطئة. بعض أنماط المنطق الحديث، مثل المنطق الترجيحي ، ترفض هذه القواعد وخاصة الأخيرة منها. فالأشياء لا تكون دائماً بيضاء أو سوداء، فلا يمكن إهمال الرمادي، فبين الناس الطويل والقصير وما بينهما أيضاً. استند إليها المنطق البولاني في القرن التاسع عشر، وعليه بنيت الحواسيب .
Read more »

قانون نيوتن الثاني

بواسطة
صورة
ويقول بأن: "التغيرات الحاصلة في الحركة تتناسب مع القوة المحركة، وتكون باتجاه الخط المستقيم المنطبق على هذه القوة". وبالصياغة المعاصرة يعني ذلك أن شعاع التسارع (مقدار تغير السرعة خلال واحدة الزمن) لجسم يتناسب ومحصلة القوى الخارجية المطبقة عليه. ويعبّر عن ذلك بالقول: القوة المطبقة على الجسم تساوي جداء كتلة الجسم بتسارعه. وفي حالة عدم وجود قوى يكون التسارع معدوماً ونعود إلى القانون الأول . والقانون الثاني هذا يسمى بالقانون الأساسي في التحريك (الديناميك) لأنه يربط مقداري "التسارع" و"القوة" بعضهما ببعض، اللذان هما أساس الحركة. وكل التجارب التي أجريت على الحركة تُقرّ بصدقية هذا القانون طالما أن السرعات محدودة مقارنة بسرعة الضوء . وهذا القانون هو الأساس في حساب مسارات  الصواريخ ، وكل الأجسام المتحركة وفي كل الأوساط. قانون   نيوتن   الأول قانون   نيوتن   الثاني قانون   نيوتن   الثالث
Read more »

قانون نيوتن الأول

بواسطة
صورة
يقول المبدأ الأول بأن "كل جسم يحتفظ بحالته الابتدائية من سكون أو حركة منتظمة مستقيمة إلا إذا أثّرت فيه قوة خارجية مرغمة إياه على تغيير حالته". وفي الصياغة المعاصرة نقول بأنه إذا كانت القوى المؤثرة في مركز ثقل الجسم معدومة فسيحافظ الجسم على حالته وإلا فستتغير. كان أرسطو يقول بأن الحركة هي نتيجة تأثير قوة خارجية وأنها ضرورية للاستمرار في الحركة، وما قاله صحيح إذا كان الجسم يتحرك في وسط يعاني فيه من الاحتكاك ، احتكاك مع جسم آخر أو الهواء ، أو قوى جذب أيضاً الخ. أما في الفراغ، حيث لا ذرات هواء ولا جاذبية فبإمكان الجسم المتحرك أن يتابع حركته دونما تغير ودون قوة تدفعه. ووفق هذا المبدأ تسير المركبات الفضائية باستخدام قدر قليل من الطاقة اللازمة لمقاومة التأثيرات الضعيفة للذرات التي تصتدم بها أو قوى الجاذبية البعيدة والضعيفة، أو عند تغير اتجاه مسارها. تُعبِّر العطالة  بطريقة واضحة عن القانون الأول. قانون   نيوتن   الأول قانون   نيوتن   الثاني قانون   نيوتن   الثالث
Read more »

البركان

بواسطة
صورة
  هو تركيب جيولوجي ينجم عن اندفاع الصُهارة (ماغما) من الطبقة المحيطة بنواة الأرض إلى القشرة الأرضية مطلقاً غازات وحمماً. وهو نتيجة انصهار الطبقة المحيطة بالنواة وأحياناً من طبقات أعلى. يترافق صعود الصهارة بانفجارات غازية وأتربة أو رماد بركاني، وتكون الحمم على شكل سيول لا تسبب الكثير من الأضرار، أو قد تندفع في الجو لتتساقط حول البركان مسببة الكثير من الأضرار. بعض البراكين أرضي، وبعضها الأكثر في المحيطات لا يمكن مشاهدته. يرتبط نشؤها بحركة الصفائح التكتونية ، وغالباً ما تكون عند حوافها. يوجد حالياً 1432 بركان نشط على وجه الأرض ستون منها تنشط سنوياً. وهذا بدون تلك الكائنة في المحيطات. لا تخص الأرض وحدها وإنما أجرام المجموعة الشمسية أيضاً. تهدد أكثر من 10% من سكان الأرض. أكبر البراكين مساحة هو بركان الكانتال في فرنسا بمساحة 2700 كيلومتر مربع. وأكبر اندفاع بركاني من حيث مقذوفاته هو بركان توبا في سومطرة، وبلغ حجمها 2800 كيلومتر مكعب، كان ذلك من نحو 74 ألف سنة.
Read more »

التركيب الضوئي

بواسطة
صورة
هي عملية تسمح للعضويات، مثل البكتيريا ذاتية التغذية بالضوء والخلايا النباتية، بتركيب المادة العضوية باستخدام الطاقة الضوئية. وهي عملية تخص بالتحديد التركيب الضوئي الأكسجيني الذي ظهر عند البكتيريا المائية الأولى منذ نحو 2.45 مليار سنة، الذي أدى إلى انقلاب بيئي رئيسي مغيراً بذلك الجو الذي كان غنياً بغاز الميتان ، إلى الجو الحالي الذي يتضمن 21% من الأكسجين و 78% من الآزوت . انتقلت هذه العملية لاحقاً إلى العضويات حقيقية النواة Eukaryota والضوئية التركيب، مثل الأشنيات المائية والنباتات وغيرها، عبر عمليات تبادل داخلية. تبدأ عملية التركيب الضوئي بامتصاص الضوء من قِبل بروتينات تحمل الأصباغ اليخضورية . هذه البروتينات موجودة في أغشية أوراق النباتات، أو في أغشية الخلايا عند البكتيريا. وفي خلال هذه العملية يقوم جزء من الطاقة الضوئية بتحريض إلكترونات الماء التي ستتابع بدورها عمليات تركيب السكريات من الأكسجين و ثاني أكسيد الكربون والماء وتحرير الأكسجين. وعملية تركيب السكريات تحدث عبر سلسلة من التفاعلات المستقلة عن الضوء لتثبيت الكربون .
Read more »

مصباح التوهج الكهربائي

بواسطة
صورة
يقوم على فكرة تمرير تيار كهربائي في سلك دقيق يتوهج بمرور هذا التيار فيه. تعود الفكرة إلى البريطاني ليندسي الذي ابتكر أول مصباح مكّنه من القراءة على مسافة 50 سم عام 1834. أثبت بريطاني آخر هو جوزيف سوان عام 1860 إمكانية إطالة عمر السلك عند وضعه في حيز خالٍ من الهواء، وصنع مصباحاً وفق ذلك عام 1879. وفي العام نفسه ابتكر الأمريكي أديسون مصباحاً بسلك من القطن المتفحم. ولكن سلك المصباح كان يتفكك بسرعة تاركاً علامات سوداء على زجاج المصباح. وفي عام 1897 اخترع الألماني نرنست مصباحاً بسلك سيراميك لا يتفكك ولا يحتاج إلى تفريغه من الهواء، ولكنه كان بحاجة إلى بضعة ثوان لكي يضيء. استخدمت شركة هنغارية التنغستين عام 1904 لصناعة مصابيح، لا تتفكك وتضيء مباشرة وذات عمر مديد. وفي عام 1913 استخدم غاز الأرغون في المصابيح لإطالة عمر المصباح وزيادة توهجه. وفي عام 1959 استخدمت شركة أديسون (جنرال إلكتريك) الهالوجينات بديلاً للغازات لزيادة فاعلية المصباح بنحو 30%.
Read more »

الغلوسيدات

بواسطة
صورة
الغلوغوز   هي الغذائيات الأساسية لتوليد الطاقة لدى الكائنات الحية اللازمة لاستمرارها. تسمى عموماً بالسكريات أو هيدروكربونات لتألفها من الكربون والأكسجين والهيدروجين. بعضها بسيط التركيب ينحل في الماء وبعضها معقد التركيب. يمكن تصنيفها وفق بنيتها، ذلك أنها تتألف كلها من وحيد السكريد (أو السكر وتتالف من عدد من ذرات الكربون ومثلها من الأوكسجين وضعفها من الهيدروجين) الذي هو أصغر وحدة في الغلوسيد: الغلوكوز والفركتوز وغالاكتوز. ومن الغلوسيدات البسيطة نجد وحيدات السكريد وثنائيات السكريد (عبارة عن اتحاد وحيدي سكريد)، وهذه منها الساكروز (غلوغوز+فركتوز) الذي هو السكر العادي المعروف. والمالتوز (غلوغوز+غلوغوز)، واللاكتوز (غلاكتوز+غلوغوز). أوما الغلوسيدات المعقدة التي تسمى بعديدات السكريد، فهي سلاسل من وحيدات السكريد الموجودة في النشا مثلا والألياف الغذائية. والنشا هو الشكل الذي تختزن فيه الحبوب السكر. أما الغليسوجين فيتألف من سلاسل من الغلوسيد، وهو الشكل الذي تختزن فيه البكتيريا والفطور والحيوانات السكر. أما النباتات فالأنولين هو الشكل الذي تحتفظ فيه بالسكر، وهو من أنواع السكر البسيط من نمط الفر...
Read more »

العصر الحجري الحديث Neolithic

بواسطة
صورة
هو فترة حدثت فيها تطورات تقانية واجتماعية كبيرة، ارتبطت أساساً بنموذج الحصول على الغذاء الذي اعتمد على الزراعة والرعي واقتضى في الأغلب الاستقرار في المكان وعدم التنقل والترحال، ومن ثم بناء القرى. وفي هذا العصر صقل الإنسان الحجارة، وصنع الأدوات الفخارية وطوّر العمارة. حدثت هذه التطورات بسرعة لدرجة أن البعض يسميها ثورة. وهذه التطورات لم تحدث في آن واحد في العالم كله. بدأت في الشرق الأوسط، في تل القرامل شمال حلب، والخيام وأريحا في فلسطين بتاريخ يحدد بنحو العام 8500 ق.م، حيث دُجّنت الخراف والماعز والثيران وزرع القمح والشعير والحبوب. وبدأ في اليونان بعد ألفي عام من ذلك وفي الصين في الألف السادس قبل الميلاد مع زراعة الأرز، وفي المكسيك بعد ذلك بألف سنة حيث زرعت الذرة والقرع وعائلته. ينتهي هذا العصر مع بداية العصر البرونزي. العصر الحجري القديم. العصر الحجري الوسيط العصر الحجري الحديث
Read more »