فيزياء "الكوانتوم" طوّرت كومبيوتر سيغير وجه العلم والصناعة

فيزياء الكوانتوم التي واجهت الشكوك والتشنيعات منذ الاعلان عنها في أعوام العشرينات، طوّرت أجهزة كومبيوتر ستغير، وفق تقدير الخبراء، وجه العلوم والصناعة في العالم. كومبيوتر الكوانتوم لا يتعامل، مثل الأجهزة الحالية بالأرقام، بل بالذرات. ويتوقع العلماء أن يخترق الكومبيوتر الجديد تخوم المستحيل التكنولوجي، الذي ستصطدم به الصناعة عندما تتوقف قوة الكومبيوتر عن النمو في العقد المقبل.
وتعتبر فيزياء الكوانتوم من أكثر العلوم غرائبية. وقد تعرضت للتشنيع أكثر من أي علم آخر، ربما باستثناء نظرية دارون في التطور. وشكك بها حتى أبرز علماء الفيزياء في القرن العشرين ألبرت أنشتاين، الذي اعتبرها لعب نرد! وتعود الشكوك والتحفظات على فيزياء الكوانتوم الى طبيعتها الملتبسة. فهي تتعامل مع العالم الداخلي للذرة، حيث يختلط الواقع والخيال، وحيث تفقد المادة حقيقتها المألوفة، وتبدو كجسيمات وأمواج في آن.
عصر الكوانتوم
العلوم، كما كان يقول العالم الألماني وارنر هايزنبرغ تمهد المجالات التي يمكن للتكنولوجيا أن تبني فوقها. يصح هذا حتى على فيزياء الكوانتوم التي يُعتبر هايزنبرغ من أبرز مطوريها. فالاجماع كان قائماً الى ما قبل سنتين تقريباً على أن كومبيوتر الكوانتوم ممكن نظرياً فقط، لكن غير ممكن عملياً أبداً. سبب ذلك الطبيعة المراوغة للكوانتوم التي دفعت إنشتاين الى اعتبارها أشباحا. وطبقاً للقاعدة الرئيسية المشهورة للكوانتوم فان فعل النظر في حد ذاته لأي جسيم منفرد من الجسيمات التي يتكون منها عالم باطن الذرة يغير موضع الجسيم بالنسبة للجسيمات الاخرى. يعني هذا أن قراءة مخرجات الكومبيوتر قد تدمر عملية الحوسبة نفسها. الاختراق العلمي الذي حققه العلماء أخيراً ونقل كومبيوتر الكوانتوم من الميدان النظري الى عالم الواقع يكمن في استخدام تقنيات الرنين المغناطيسي الذري. تساعد هذه التقنيات المستخدمة حالياً في مجالات طبية وصناعية عدة على ملاحظة أعداد كبيرة من الجزيئات في آن واحد، وتلغي بذلك مفعول القياس الكوانتومي.
كومبيوتر الكلوروفورم
ويكمن اختلاف كومبيوتر الكوانتوم عن الكومبيوتر المستخدم اليوم في المادة التي يتكون منها. ففي حين تستخدم أجهزة الكومبيوتر الحالية مادة السليكون يتعامل الكومبيوتر الجديد مع مادة الكلوروفورم التي كانت تستخدم في التخدير وتُصنع منها المذيبات حالياً. وتلعب ذرات الهيدروجين والكلورين في الكلوروفورم دور معالج الكومبيوتر. وفي حين تتكون عمليات الحوسبة الحالية من صفوف من ملايين المفاتيح الرقمية التي يمكن فتحها وغلقها بسرعة، فإن حوسبة الكوانتوم تتكون من جزيئات يطلق عليه اسم "كيوبيتس" qubits. وعلى خلاف الترانزسترات الرقمية الحالية التي تمثل إما رقم واحد أو صفر يمثل "كيوبيتس" الرقمين سوية أو أي مواضعات اخرى في الوقت نفسه. لذلك يستطيع كومبيوتر الكوانتوم القيام بحسابات عدة في آن.
وقد تم التوصل في عام 1996 الي بناء أول كومبيوتر كوانتوم بسيط قادر على القيام بالحسابات الخوارزمية اللازمة للعمل. واستطاع العلماء أن ينشئوا "كيوبيتسات" من ذرات الهيدروجين والكلورين الموجودة في مادة الكلوروفورم. وابتكروا تقنية غرائبية لربط نوى الذرات مع بعضها واستخدامها لاجبار الجزيئات على التصرف كأجهزة كومبيوتر.
اختراق المستحيل
ساهمت في تطوير كومبيوتر الكوانتوم، الذي يستعيض عن الأرقام بالجزيئات أربع من أكبر المؤسسات العلمية والأكاديمية في العالم، وهي: شركة صناعات الكومبيوتر "آي بي إم" IBM ومعهد ماساشوستس للتكنولوجيا MIT في بوسطن وجامعتا اوكسفورد في بريطانيا وبيركلي في كاليفورنيا. ويستدعي كومبيوتر الكوانتوم تداخل علوم عدة، بما في ذلك الفيزياء والرياضيات والكيمياء اضافة الى علوم الكومبيوتر. لذلك تسارع الجامعات والشركات الى إنشاء أقسام متعددة الفروع لتطويره.
والكومبيوترالجديد الذي يتوقع أن يطرح في الأسواق نهاية العقد المقبل أسرع ملايين المرات من أسرع الأجهزة الحالية. ويتوقع الباحث في مختبر "آي بي إم" آيساك شوانغ الذي ساهم في التطوير أن يحل كومبيوتر الكوانتوم المشاكل التي تواجهها شبكة الاتصالات العالمية WWW التي يزيد حجم المعلومات فيها حالياً على 8 ترليونات "بايت". ففي حين يستغرق أقوى الأجهزة المتوفرة الآن فترة شهر لمراجعة الكم الهائل من المعلومات الموجودة على الشبكة العالمية WWW يستطيع كومبيوتر الكوانتوم أن ينجز المهمة خلال 27 دقيقة.
ويخترق الكومبيوتر الجديد حدود المستحيل التي يتوقع الخبراء أن تصطدم بها التقنية الحالية في العقد المقبل. فالمعروف أن قوة الكومبيوتر تزداد ضعفين كل 18 شهراً. ويتضاءل باستمرار حجم الترانزسترات التي تشكل قلب أجهزة الكومبيوتر.
ويعتقد مهندسو الكومبيوتر أن الترانزسترات لن تستطيع العمل عندما يبدأ حجمها يقل عن بضعة جزيئات، ويتوقعون حدوث ذلك بعد عام 2010. تطوير كومبيوتر الكوانتوم، الذي سيحدث قبل ذلك التاريخ سيحول دون توقف الثورة التكنولوجية الدائمة التي تغيّر الصناعة والاقتصاد والحياة اليومية للناس.