الحوسبة الكمومية: قضايا عالمية PDF

‫المحاضرة (‪)6‬‬ ‫القضايا الدولية المتعلقة بالحوسبة‬  ‫الحوسبة الكمومية‬ ‫ًا‬ ‫تحول محوريًا مع ظهور الحواسيب الكمومية – وهي أجهزة تستغل مبادئ‬ ‫ يشهد مجال الحوسبة‬ ‫فيزياء الكم إلحداث ثورة في تخزين البيانات و...

‫المحاضرة (‪)6‬‬ ‫القضايا الدولية المتعلقة بالحوسبة‬  ‫الحوسبة الكمومية‬ ‫ًا‬ ‫تحول محوريًا مع ظهور الحواسيب الكمومية – وهي أجهزة تستغل مبادئ‬ ‫ يشهد مجال الحوسبة‬ ‫فيزياء الكم إلحداث ثورة في تخزين البيانات والحوسبة‪.‬تستخدم الحواسيب الكمومية الكيوبتات‬ ‫‪ ،qubits‬وهي جسيمات دون ذرية مثل الفوتونات أو اإللكترونات‪ ،‬لتنفيذ العمليات الحسابية التي‬ ‫لم يكن باإلمكان تصور تنفيذها من قبل‪.‬‬ ‫ تُم ِكن هذه السمة الفريدة الحواسيب الكمومية من تطوير نماذج معقدة من التفاعالت الذرية‪ ،‬مما‬ ‫ينتج عنه مستوى من الدقة والفهم لم يكن من الممكن تحقيقه في السابق‪.‬تتفوق الحواسيب الكمومية‬ ‫على نظيراتها الكالسيكية في السرعة والقدرة‪ ،‬حيث تمتلك القدرة على إجراء عمليات حسابية‬ ‫متوازية‪ ،‬مما قد يساعد في الوصول إلى حلول لمشاكل لم يكن من الممكن حلها سابقًا‪.‬‬  ‫الحوسبة الكمومية‬ ‫ مفهوم الحوسبة الكمومية هي مجال متعدد التخصصات يشمل جوانب علوم الكمبيوتر والفيزياء والرياضيات التي‬ ‫تستخدم ميكانيكا الكم بهدف حل المشكالت المعقدة بسرعة أكبر من أجهزة الكمبيوتر التقليدية‪.‬يشمل مجال الحوسبة‬ ‫الكمومية بحوثًا حول األجهزة وتطوير التطبيقات‪.‬‬ ‫ أجهزة الكمبيوتر الكمومية قادرة على حل أنواع معينة من المشكالت بسرعة أكبر من أجهزة الكمبيوتر التقليدية من‬ ‫خالل الستفادة من التأثيرات الميكانيكية الكمية‪ ،‬مثل التراكب والتداخل الكمي‪.‬‬ ‫ هدف هذه التطبيقات التى تتوفر فيها أجهزة الكمبيوتر الكمومية هي الزيادة في السرعة على تعلّم اآللة )‪)ML‬‬ ‫وتحسين األداء ومحاكاة األنظمة المادية‪.‬يمكن أن تكون حالت الستخدام النهائية هي تحسين أداء المحفظة في‬ ‫التمويل أو محاكاة األنظمة الكيميائية‪ ،‬وحل المشكالت التي تجدها حتى أكثر أجهزة الكمبيوتر فعاليّة في السوق‬ ‫مستعصية حاليًا‪.‬‬  ‫الحوسبة الكمومية‬ ‫ ما المقصود بميكانيكا الكم؟‬ ‫ميكانيكا الكم هي مجال الفيزياء الذي يدرس سلوك الجسيمات على المستوى المجهري‪.‬وعلى المستويات دون الذرية‪،‬‬ ‫تختلف المعادلت التي توصف كيف تتصرف الجسيمات عن المعادلت التي تصف العالم المجهري من حولنا‪.‬تستفيد‬ ‫أجهزة الكمبيوتر الكمومية من هذه السلوكيات في إجراء عمليات الحوسبة بطريقة جديدة تما ًما‪.‬‬ ‫ ما المقصود بوحدة البت الكمومية؟‬ ‫تُمثل وحدات البت الكمومية‪ ،‬أو الكيوبتات‪ ،‬عن طريق الجسيمات الكمومية‪.‬معالجة وحدات البت الكمومية بواسطة‬ ‫أجهزة تحكم هي جوهر قوة المعالجة لجهاز الكمبيوتر الكمومي‪.‬وحدات البت الكمومية في أجهزة الكمبيوتر الكمومية‬ ‫تشبه وحدات البت في أجهزة الكمبيوتر التقليدية‪.‬يجري معالج الجهاز التقليدي في جوهره كل عمله عن طريق معالجة‬ ‫وحدات البت‪.‬وعلى غرار ذلك‪ ،‬يقوم المعالج الكمومي بجميع أعماله من خالل معالجة وحدات البت الكمومية‪.‬‬  ‫الحوسبة الكمومية‬ ‫ ما مبادئ الحوسبة الكمومية؟‬ ‫سا جديدًا للمصطلحات لتُفهم بشكل كامل‪ ،‬وهي‬ ‫يعمل جهاز الكمبيوتر الكمومي باستخدام مبادئ الكم‪.‬تتطلب المبادئ الكمية قامو ً‬ ‫المصطلحات التي تشمل التراكب والتشابك‪.‬لنفهم هذه المبادئ فيما يلي‪.‬‬ ‫ التراكب‬ ‫على غرار الموجات في الفيزياء التقليدية‪ ،‬ينص التراكب على أنه يمكنك إضافة حالتين كموميتين أو أكثر وستكون النتيجة حالة كمومية‬ ‫ضا تمثيل كل حالة كمومية باعتبارها مجموع حالتين مميزتين أو أكثر‪.‬هذا التراكب‬ ‫صالحة أخرى‪.‬وعلى العكس من ذلك‪ ،‬يمكنك أي ً‬ ‫للوحدات الكمومية يعطي أجهزة الكمبيوتر الكمومية توازيها المتأصل‪ ،‬ما يسمح لها بمعالجة ماليين العمليات بشكل متزامن‪.‬‬ ‫ التشابك‬ ‫يحدث التشابك الكمومي عندما يرتبط نظامان بشكل وثيق لدرجة أن المعرفة بأحدهما يعطيك معرفة فورية باآلخر‪ ،‬بغض النظر عن‬ ‫مدى بُعد كل منهما عن اآلخر‪.‬تستطيع المعالجات استخالص استنتاجات حول أحد الجزيئات عن طريق قياس جزيء آخر‪.‬‬  ‫ما مكونات جهاز الكمبيوتر الكمومي؟‬ ‫تتكون أجهزة الكمبيوتر الكمومية من مكونات صلبة وبرمجيات على نحو مماثل للكمبيوتر التقليدي‪.‬‬ ‫ المكونات الصلبة الكمومية‬ ‫تتألف المكونات الصلبة الكمومية من اربع مكونات رئيسة‪.‬‬ ‫واجهة البيانات الكمومية‬ ‫‪.1‬‬ ‫واجهة البيانات الكمومية هي المكون األساسي للكمبيوتر الكمومي‪ ،‬وتشتمل على وحدات بت كمومية مادية ويجب توافر تراكيب لالحتفاظ بها في‬ ‫مكانها‪.‬‬ ‫واجهة التحكم والقياس‬ ‫‪.2‬‬ ‫تحول واجهة التحكم والقياس اإلشارات الرقمية إلى تناظرية أو إشارات تحكم موجية‪.‬وتؤدي هذه اإلشارات التناظرية العمليات على وحدات البت‬ ‫ِّ‬ ‫الكمومية في واجهة البيانات الكمومية‪.‬‬  ‫ما مكونات جهاز الكمبيوتر الكمومي؟‬ ‫‪.3‬واجهة معالج التحكم ومعالج المضيف‬ ‫الً من وحدات البت التقليدية‬ ‫يتفاعل معالج المضيف مع البرمجيات الكمومية‪ ،‬ويوفر إشارة رقمية أو تسلس ا‬ ‫إلى واجهة التحكم والقياس‪.‬‬ ‫‪.4‬البرمجيات الكمومية‬ ‫تطبق البرمجيات الكمومية خوارزميات كمومية فريدة باستخدام دوائر كمومية‪.‬الدائرة الكمومية هي روتين‬ ‫حوسبي يحدد سلسلة من العمليات الكمومية المنطقية على وحدات البت الكمومية األساسية‪.‬يمكن‬ ‫للمطورين استخدام العديد من أدوات تطوير البرمجيات والمكتبات لتشفير الخوارزميات الكمومية‪.‬‬  ‫الحوسبة الكمومية‬ ‫يارا من‬ ‫ تختلف هذه المبادئ عن الحوسبة الكالسيكية من حيث إن الحواسيب الكالسيكية تنشر ت ً‬ ‫النبضات الكهربائية بطريقة ثنائية لتشفير المعلومات داخل البتات ‪ Bits‬يقيد هذا قدرتها على المعالجة‪،‬‬ ‫على عكس الحوسبة الكمومية‪.‬ومن ثم‪ ،‬يمكن للحوسبة الكمومية أن تحل المشكالت المعقدة التي تجدها‬ ‫مؤثرا في مجالت مثل‬ ‫ً‬ ‫ًا‬ ‫عامال‬ ‫الحواسيب الكالسيكية غير قابلة للحل من الناحية الحسابية‪ ،‬مما يجعلها‬ ‫الضبط المثالي والمحاكاة والتشفير‪.‬باإلضافة إلى ذلك‪ ،‬فإن قدرة الكيوبت على الوجود في تراكبات‬ ‫كمومية تتيح الحوسبة المتزامنة والقدرة على معالجة كميات كبيرة من البيانات بشكل أكثر كفاءة‪.‬‬ ‫ مع استمرار تقدم الحوسبة الكمومية والذكاء الصطناعي‪ ،‬ينتج عن تالقيهما معًا إتاحة قدرات هائلة‪.‬‬ ‫على سبيل المثال‪ ،‬يستفيد التعلم اآللي الكمومي من قوة الحوسبة الكمومية لتحسين خوارزميات الذكاء‬ ‫الصطناعي‪ ،‬مما يؤدي إلى حدوث تقدم كبير في محاكاة األنماط والضبط األمثل وإمكانية التعرف‪.‬‬  ‫ما أنواع التقنية الكمومية؟‬ ‫‪.1‬معالجات مصايد أيونية قائمة على البوابة‬ ‫ الكمبيوتر الكمومي القائم على البوابة هو عبارة عن جهاز يأخذ بيانات اإلدخال ويحولها وفقًا للعملية‬ ‫المركزية المحددة مسبقًا‪.‬‬ ‫ تطبق أجهزة الكمبيوتر الكمومية التي تعمل بتقنية المصيدة األيونية‪ ،‬وحدات البت الكمومية باستخدام‬ ‫الحالت اإللكترونية للذرات المشحونة التي تُسمى األيونات‪.‬تُقيد األيونات وتُعلق أعلى المصيدة دقيقة‬ ‫الصنع باستخدام المجالت الكهرومغناطيسية‪.‬تطبق األنظمة القائمة على المصيدة األيونية بوابات كمومية‬ ‫باستخدام الليزر لتغيير الحالة اإللكترونية لأليون‪.‬تستخدم الوحدات الكمومية القائمة على تقنية المصيدة‬ ‫لً من تصنيع وحدات كمومية بشكل اصطناعي‪.‬‬ ‫األيونية الذرات التي تأتي من الطبيعة بد ا‬  ‫ما أنواع التقنية الكمومية؟‬ ‫المعالجات الضوئية‬ ‫‪.2‬‬ ‫المعالج الضوئي الكمومي هو عبارة عن جهاز يعالج الضوء إلجراء عمليات الحوسبة‪.‬تستخدم أجهزة الكمبيوتر الكمومية الضوئية‬ ‫مصادر ضوء كمومية ينبعث منها نبضات ضوئية مضغوطة‪ ،‬بجانب مكافئات بوحدات البت الكمومية تتوافق مع أوضاع المشغل‬ ‫المستمر مثل الموضع أو زحام الحركة‪.‬و من اهم انواعها ‪....‬‬ ‫‪.A‬المعالجات الذرية الحيادية‬ ‫لً من القوى‬ ‫تُعد تقنية وحدة البت الكمومية الذرية الحيادية مماثلة لتقنية المصيدة األيونية‪.‬ولكنها تستخدم الضوء بد ا‬ ‫الكهرومغناطيسية لحتجاز وحدة البت وتثبيتها في مكانها‪.‬‬ ‫‪. B‬معالجات ذرات ريدبرغ‬ ‫ذرة ريدبرغ هي ذرة مثارة بها إلكترون واحد أو أكثر تقع بعيدًا عن النواة‪ ،‬في المتوسط‪.‬تتسم ذرات ريدبرغ بعدد من الخواص‬ ‫المميزة مثل الستجابة المفرطة للمجالت الكهربائية والمغناطيسية والعمر الطويل‪.‬عند استخدام هذه الذرات باعتبارها وحدات بت‬ ‫كمومية‪ ،‬فهي توفر تفاعالت ذرية قوية وقابلة للتحكم يمكنك تعديلها عن طريق تحديد حالت مختلفة‪.‬‬  ‫آليـــــة عمـــل التقنية الكمومية؟‬ ‫ تعلّم اآللة ( ‪)ML‬‬ ‫هو عملية تحليل كميات هائلة من البيانات لمساعدة أجهزة الكمبيوتر في تحسين التنبؤات والقرارات‪.‬تدرس‬ ‫األبحات حول الحوسبة الكمومية الحدود الفيزيائية لمعالجة المعلومات‪ ،‬وتفتح آفاقًا جديدة في الفيزياء األساسية‪.‬‬ ‫ المحاكاة‬ ‫المحاكاة هي عملية تقليد ألداة حقيقية أو عملية فيزيائية أو حيوية‪.‬قاعدة متحركة تستخدم في أنظمة المحاكاة‪.‬‬ ‫تحاول المحاكاة أن تمثل وتقدم الصفات المميزة لسلوك نظام ‪...‬إن الجهد الحاسوبي المطلوب لمحاكاة النظام‬ ‫بدقة يتناسب طرديًا مع درجة تعقد جزيئات الدواء والمواد‪.‬حتى باستخدام أساليب التقريب‪ ،‬ل تستطيع أجهزة‬ ‫الكمبيوتر الفائقة الحالية تحقيق مستوى الدقة الذي تتطلبه عمليات المحاكاة هذه‪.‬تتميز الحوسبة الكمومية‬ ‫بالقدرة على حل بعض من أكثر مشكالت الحوسبة تحديًا في مجال الكيمياء‪ ،‬ما يسمح لألوساط العلمية بإجراء‬ ‫عمليات محاكاة كيميائية تتسم بصعوبتها الشديدة في يومنا الحاضر‪.‬‬  ‫المعضالت األخالقية وقضايا حقوق اإلنسان‬ ‫مع استمرار نمو إمكانات الحوسبة الكمومية‪ ،‬يزداد كذلك الوعي بالمعضالت األخالقية التي تطرحها‪.‬والمعضلة‬ ‫فنظرا لقدرتها على معالجة كميات كبيرة من المعلومات بشكل‬ ‫ً‬ ‫األخالقية المركزية هي احتمال إساءة استخدامها‪.‬‬ ‫سريع‪ ،‬فينتج عنها بعض المعضالت ك‪...‬‬ ‫ يمكن أن يتم استخدام الحواسيب الكمومية للوصول إلى البيانات الحساسة‪ ،‬أو تعطيل القتصادات العالمية‪ ،‬أو صنع‬ ‫أسلحة دمار شامل‪ ،‬أو تطوير خوارزميات يمكنها استهداف األقليات أو المجتمعات والتمييز ضدها‪.‬‬ ‫ كما يمكن استخدام الحوسبة الكمومية لنشر الدعاية أو المعلومات الكاذبة‪ ،‬مما يؤثر على الخطاب العام‬ ‫والديمقراطية‪.‬‬ ‫ واألهم من ذلك‪ ،‬يمكن استخدام الحواسيب الكمومية إلنشاء أشكال أكثر تقد ًما من الذكاء الصطناعي مقارنة‬ ‫باألشكال الموجودة في الوقت الحالي‪.‬قد يؤثر هذا بشكل عميق على حياة اإلنسان مؤديًا إلى معضالت أخالقية‬ ‫عديدة‪.‬‬  ‫المعضالت األخالقية وقضايا حقوق اإلنسان‬ ‫ مصدر كبير آخر للقلق يدور حول قدرة الحوسبة الكمومية على اختراق أنظمة األمان‪.‬تمتلك الحواسيب الكمومية قدرة حسابية‬ ‫أكبر مقارنة بالحواسيب التقليدية‪ ،‬وهو ما يجعلها قادرة على فك تشفير كلمات المرور السرية‪ ،‬والوصول إلى البيانات الحساسة‪،‬‬ ‫وكسر أنماط التشفير المستخدمة على نطاق واسع مثل طريقة (ريفست‪-‬شامير‪-‬أدلمان ‪Rivest–Shamir–Adleman‬‬ ‫كبيرا على المدى المتوسط ألمن البيانات‪ ،‬حيث يمكنها تعزيز كفاءة الهجمات على أنظمة‬‫ً‬ ‫‪ , RSA).‬تمثل هذه القدرة تحديًا‬ ‫التشفير‪.‬هذا التهديد المتزايد يمكن أن يهدم سرية المعلومات ذات األهمية‪ ،‬بما في ذلك البيانات الشخصية والمالية‪.‬‬ ‫ باإلضافة إلى ذلك‪ ،‬يمكن أن يؤدي ظهور الحوسبة الكمومية إلى اعتبارات أخالقية تتعلق بالتوظيف‪.‬فمع تقدم الحوسبة الكمومية‬ ‫من المحتمل أن تحل محل العمالة البشرية في قطاعات بعينها‪ ،‬مما يؤدي إلى ظاهرة اإلزاحة الوظيفية‪.‬وقد يكون لهذا التحول‬ ‫آثار سلبية على األفراد ويسهم في الالمساواة المجتمعية‪.‬‬ ‫ كذلك تخلق المعالجة السريعة الحتماالت متعددة ً‬ ‫آثارا كبيرة على خصوصية البيانات‪.‬فقد تؤدي القدرة على شن هجمات سريعة‬ ‫بقوة غاشمة إلى خرق حتى أكثر طرق التشفير تقد ًما‪.‬‬  ‫القضايا الدولية للحوسبة الكمومية‬ ‫ وفقًا لمجموعة هيئة صناعة األمن الرقمي العالمي يوروسمارت ‪ ،Eurosmart‬يمكن للحواسيب الكمومية أن تُعَ ِرض أمن وثائق وتطبيقات‬ ‫الهوية باستخدام البيانات الحيوية للخطر على مستوى العالم‪.‬وثائق السفر اإللكترونية القابلة للقراءة بواسطة اآلالت ‪ ،eMRTDs‬أو‬ ‫المستندات التي تتضمن شرائح آمنة تحمل معلومات صاحبها‪ ،‬بما في ذلك بطاقات الهوية الوطنية وجوازات السفر التي تدعم تقنية “االتصال‬ ‫في نطاق قريب” ‪ ،NFC‬تحتوي على شرائح تحمل بيانات بيوجرافية وبيانات حيوية يمكن اختراقها‪.‬‬ ‫ تعتمد هذه المستندات على التشفير غير المتماثل الذي يمكن للحواسيب الكمومية كسره بسهولة عن طريق التوصل إلى المفتاح الخاص من‬ ‫خالل المفتاح العام‪.‬من الممكن أن يؤدي فك التشفير المحتمل لمثل هذه البيانات إلى تزويد المهاجمين بإمكانية الوصول إلى البيانات‬ ‫البيوجرافية والحيوية لألفراد‪.‬وقد يؤثر ذلك سلبًا على البيانات حيث أن تأمين تكنولوجيا المعلومات يعتمد على التشفير غير المتماثل‪.‬‬ ‫ يمكن للمهاجمين محاولة التقاط البيانات المشفرة من وثائق ‪ , eMRTD‬وتخزينها حتى تصبح اآلالت الكمومية متاحة لفك تشفيرها‪.‬في حين‬ ‫أن هذا قد ال يكون كارثيًا ألشكال معينة من البيانات الديناميكية والمتغيرة باستمرار‪ ،‬إال أنه قد يؤدي إلى تداعيات خطيرة للبيانات الحيوية‬ ‫الثابتة‪ ،‬بما في ذلك أنماط قزحية العين وبصمات األصابع‪.‬‬  ‫التهديدات لألنظمة الديمقراطية‬ ‫ تم االحتفاء بأنظمة التصويت عبر اإلنترنت (التصويت اإللكتروني )‪i-voting‬على أنها تغير قواعد اللعبة في العمليات الديمقراطية‪.‬توفر هذه األنظمة‬ ‫عمليات فرز أكثر دقة وسرعة لألصوات‪ ،‬وتضمن إخفاء هوية الناخبين من خالل تشفير اختياراتهم‪.‬ومع ذلك‪ ،‬قد ت ُ َ‬ ‫ش ِكل الحوسبة الكمومية مخاطر مختلفة‬ ‫على العمليات الديمقراطية إذا كان التقدم في فك التشفير الكمومي يفوق التقدم في التشفير الكمومي‪.‬‬ ‫ على سبيل المثال‪ ،‬يمكن لخصم يتمتع بقدرات فك التشفير الكمومي الوصول نظريًا إلى المعلومات المشفرة بسهولة ‪ ،‬مما يسهل استغالل البنية التحتية‬ ‫للتصويت‪.‬وهذا يعني أنه يمكن استخدام الحواسيب الكمومية للتالعب باالنتخابات وتقويض المؤسسات الديمقراطية‪.‬‬ ‫ً‬ ‫متخيال في أي وقت‪ ،‬وبالتالي ستؤدي إلى إحداث ثورة في المعلومات‬ ‫ إضافة إلى ذلك‪ ،‬ستغير الحوسبة الكمومية المشهد الرقمي إلى ما هو أبعد مما كان‬ ‫المضللة وجعلها مشكلة أكثر صعوبة وتعقيدًا في عالجها‪.‬يمكن لخوارزمية شور ( ‪Shor’s (algorithm‬للتحويل األولي الكمومي أن تأخذ في االعتبار‬ ‫األعداد األولية بشكل أسرع مقارنة بالخوارزميات الحالية‪ ،‬مما يجعل التشفير غير المتماثل عمليًا بال قيمة‪.‬يمكن أن يتيح هذا الوصول إلى أي نظام مشفر‪.‬‬ ‫ واألهم من ذلك‪ ،‬يمكن استخدام هذا لزرع معلومات مضللة في مصادر إخبارية جديرة بالثقة عن طريق تغيير المحتوى داخل المقاالت بعد نشرها‪.‬في الوقت‬ ‫نفسه‪ ،‬على المستوى المؤسسي‪ ،‬يمكن استخدام الحوسبة الكمومية لتدمير ثقة الرأي العام في المصادر الجديرة بالثقة‪.‬يمكن تحقيق ذلك من خالل نشر محتوى‬ ‫خاطئ من هذه المصادر بشكل مستمر‪ ،‬مما يحد من انتشار المعلومات الدقيقة‪.‬‬ ‫‪TEST‬‬ ‫ وضحاالمفاهيماالتية‪:‬‬ ‫ مفهوم الحوسبة الكمومية‬ ‫ ما المقصود بميكانيكا الكم؟‬ ‫ ما المقصود بوحدة البت الكمومية؟‬ ‫ ما هو التوضيح المفهومي ل يوروسمارت‬