- إنضم
- 21/3/23
- المشاركات
- 789
- التفاعلات
- 2,177
تعتبر الحوسبة الكمومية هي الجيل التالي من تكنولوجيا الكمبيوتر. حيث يعالج الحاسوب المعلومات باستخدام وحدات الكم ، بدلاً من تلك التقليدية رابط لمزيد من الاطلاع على الحوسبة الكمية .
What is a qubit?
Repository containing the front-end of the Quantum Inspire project. The projects consists of an in-browser editor that allows the user to write and run/simulate quantum algorithms written in QASM. Also, users can access information about quantum computing concepts.
www.quantum-inspire.com
يسمح الكمبيوتر الكمومي للكمبيوتر بأن يكون في أكثر من حالة في وقت واحد ، في حين أن الكمبيوتر التقليدي يمكن أن يكون في حالة واحدة فقط. يمنح هذا أجهزة الكمبيوتر الكمومية القدرة على معالجة كميات كبيرة من البيانات بسرعة كبيرة حيث يمكنها العمل على عدة منصات.
فيديو يوضح بشكل مبسط الحاسوب الكمي و الفرق بينه و بين الحاسوب التقليدي .
لا تزال الحوسبة الكمومية في مراحلها الأولى ، لكن الشركات والحكومات تستثمر بكثافة في البحث والتطوير. أحد أسباب ذلك هو أنه يمكن استخدام أجهزة الكمبيوتر الكمومية لحل المشكلات المعقدة التي يصعب أو يستحيل حلها على أجهزة الكمبيوتر التقليدية. على سبيل المثال ، يمكن استخدامها لتطوير عقاقير جديدة أو لتصميم خلايا شمسية أكثر كفاءة.
في المستقبل ، يمكن أن يكون لأجهزة الكمبيوتر الكمومية تأثير كبير على العديد من مجالات العلوم والتكنولوجيا المختلفة .
المبادئ الأساسية لتكنولوجيا الكم
لقد تم استغلال مبادئ ميكانيكا الكم في العديد من التقنيات التي نأخذها كأمر مسلم به اليوم ، مثل الليزر والترانزستورات. ميكانيكا الكم هي فرع الفيزياء الذي يدرس سلوك المادة والطاقة على المستويات الذرية ودون الذرية و يعتمد على التشابك الكمي ، والذي ينص على أن جسيمين (مثل الذرات أو الفوتونات) يمكنهما الاتصال ، بغض النظر عن المسافة بينهما. هذا "الفعل المخيف عن بعد" ، كما يسميه الفيزيائيون ، يشكل الأساس للعديد من الخصائص الغريبة والتي تبدو سحرية لميكانيكا الكم.
في السنوات الأخيرة ، بدأ العلماء في تسخير هذه الخصائص لاستخدامها في الحوسبة الكمومية وغيرها من التقنيات الناشئة. تمتلك تقنية الكم القدرة على إحداث ثورة في الطريقة التي نعالج بها المعلومات ونتواصل مع بعضنا البعض.
تطبيقات تكنولوجيا الكم في الجيش
حتى الآن ، قمنا فقط بخدش سطح التطبيقات المحتملة لتكنولوجيا الكم في القطاع العسكري. فيما يلي بعض الأمثلة عن كيفية استخدام هذه التقنية:
الاحصاء الكمية :
يعد تطبيق تقنية الكم في الجيش مجالًا للبحث والتطوير النشط. أحد مجالات التركيز هو الحوسبة الكمومية ، والتي لديها القدرة على إحداث ثورة في قوة وسرعة الحوسبة.
يمكن لأجهزة الكمبيوتر الكمومية تخزين ومعالجة كميات هائلة من البيانات بكفاءة أكبر بكثير من أجهزة الكمبيوتر التقليدية. قد يكون لهذا تأثير كبير على العمليات العسكرية ، حيث تعالج أجهزة الكمبيوتر الكمومية كميات كبيرة من البيانات بسرعة وبدقة.
بالإضافة إلى ذلك ، يمكن لأجهزة الكمبيوتر الكمومية إنشاء نماذج محاكاة جديدة لأغراض التدريب. لديها القدرة على تغيير الطريقة التي تعمل بها الجيوش.
الاستشعار الكمي :
في السنوات الأخيرة ، أصبحت التكنولوجيا الكمومية ذات أهمية متزايدة لمجموعة متنوعة من التطبيقات العسكرية. مجال آخر حيث يكون لتكنولوجيا الكم تأثير كبير في مجال الاستشعار الكمي.
يمكن لأجهزة الاستشعار الكمومية اكتشاف التغييرات الصغيرة للغاية في المعلمات الفيزيائية ، مثل:
المجالات المغناطيسية
المجالات الكهربائية
وهذا يجعلها مثالية لتطبيقات مثل اكتشاف غواصات العدو أو اكتشاف الألغام.
بالإضافة إلى ذلك ، يمكن لأجهزة الاستشعار الكمومية أيضًا قياس الإشارات الضعيفة جدًا ، مما يجعلها مفيدة لمهام مثل مراقبة الاتصالات اللاسلكية. نتيجة لذلك ، يلعب الاستشعار الكمي دورًا متزايد الأهمية في العمليات العسكرية حول العالم.
الاتصالات الكمومية :
يغطي مصطلح "تكنولوجيا الكم" مجموعة واسعة من التطبيقات المحتملة ، من الحوسبة الكمومية والاتصالات إلى الاستشعار والقياس. في حين أن الكثير من البحث في هذا المجال لا يزال في مراحله المبكرة ، هناك بالفعل العديد من التطبيقات العسكرية المحتملة لتقنية الكم.
أحد هذه التطبيقات هو الاتصال الكمي ، والذي يمكن أن يخلق قنوات آمنة لنقل المعلومات تقاوم التنصت.
يستخدم التشفير الكمي مبادئ ميكانيكا الكم لتشفير البيانات بطريقة يستحيل نسخها أو اعتراضها دون تغيير حالة النظام ، مما يجعلها خيارًا جذابًا للاتصالات الآمنة.
يوجد بالفعل العديد من أنظمة التشفير الكمي التجارية المتاحة ، ومن المرجح أن تزداد أهمية هذه التكنولوجيا في المستقبل مع تزايد الحاجة إلى اتصالات آمنة.
ماذا يعني هذا بالنسبة للجيش والدفاع؟
إن التطبيقات المحتملة لتكنولوجيا الكم في الجيش عديدة ومتنوعة. تمتلك الحوسبة الكمومية والاستشعار والتواصل القدرة على تغيير الطريقة التي تعمل بها الجيوش. ستلعب تكنولوجيا الكم دورًا مهمًا في مستقبل الجيوش وانظمة الدفاع المختلفة .
أجهزة الاستشعار الكمومية لديها القدرة على إحداث ثورة في العمليات العسكرية من خلال توفير مستويات غير مسبوقة من الكفاءةو الفعالية. على سبيل المثال ، يمكن لأجهزة الاستشعار الكمومية اكتشاف الموقع المحدد لإطلاق صاروخ معاد أو تحديد موقع سلاح نووي.
بالإضافة إلى ذلك ، يمكن لأجهزة الاستشعار الكمومية إنشاء خرائط تفصيلية لأراضي العدو ، مما يمنح الجيوش ميزة كبيرة في التخطيط للعمليات.
تنامت التهديدات التي تشكلها الحوسبة الكمومية
في السنوات القليلة الماضية حيث خطت الحوسبة الكمومية خطوات كبيرة مع دخول العديد من المنظمات التي تستثمر في هذه التكنولوجيا الناشئة. في حين أن أجهزة الكمبيوتر الكمومية تحمل وعودًا كبيرة لإحداث ثورة في مختلف الصناعات ، إلا أنها تشكل أيضًا تهديدًا مرعبا لبروتوكولات الأمان الحالية.
تستمد الحوسبة الكمومية قوتها من قدرتها على إجراء عمليات حسابية متعددة في وقت واحد. هذا يجعلها سريعًة وفعالة بشكل لا يصدق ، ولكنه يعني أيضًا أنه يمكنها اختراق طرق التشفير التقليدية بسرعة هائلة .
على سبيل المثال ، تستند أنظمة تشفير المفتاح العام الحالية إلى صعوبة تحليل الأرقام الكبيرة ومع ذلك ، يمكن للحاسوب الكمومي تحليل هذه الأرقام بكفاءة ، مما يسمح للمهاجم بفك تشفير البيانات الحساسة.
نتيجة لذلك ، من الضروري تطوير بروتوكولات أمان جديدة مقاومة للهجمات الكمية. لحسن الحظ ، هناك بالفعل العديد من المخططات الواعدة قيد التطوير. يتمثل أحد الأساليب في استخدام التشفير الكمي ، والذي يعتمد على قوانين فيزياء الكم لمنع التنصت باستخدام خوارزميات ما بعد الكم ، والتي صممت لتكون مقاومة للهجمات الكمومية. نظرًا لأن أجهزة الكمبيوتر الكمومية أصبحت أكثر تقدمًا ، فمن الضروري البقاء في الطليعة من خلال الاستثمار في تقنيات مقاومة الكم.
تشفير ما بعد الكم
Practical challenges in quantum key distribution - npj Quantum Information
Quantum key distribution (QKD) promises unconditional security in data communication and is currently being deployed in commercial applications. Nonetheless, before QKD can be widely adopted, it faces a number of important challenges such as secret key rate, distance, size, cost and practical...
www.nature.com
في السنوات الأخيرة ، كان هناك تركيز متزايد على الحاجة إلى تشفير ما بعد الكم في قطاعي الجيش والدفاع. وذلك لأن أجهزة الكمبيوتر الكمومية ستتمكن قريبًا من كسر التشفير التقليدي ، مما يجعل من الضروري إيجاد طرق جديدة لحماية المعلومات.
لا يزال التشفير ما بعد الكم في مراحله الأولى ، ولكن هناك بالفعل عدة طرق مختلفة قيد التحقيق. أحد الأساليب الواعدة هو توزيع المفاتيح الكمومية ، والذي يستخدم خصائص ميكانيكا الكم لنقل المفاتيح بأمان.
مجال آخر للبحث هو التشفير المستند إلى الشبكة ، والذي يقاوم هجمات أجهزة الكمبيوتر الكمومية. يستثمر قطاعا الجيش والدفاع بكثافة في تشفير ما بعد الكم ، ومن المرجح أن يصبح هذا مجالًا مهمًا للأمن في السنوات القادمة.
تشفير الكم مقابل خوارزميات الكم
يعد التشفير الكمي والخوارزميات الكمومية من أكثر الحقول الفرعية التي انتجتها الحوسبة الكمومية. كلاهما لديه القدرة على إحداث ثورة في الطريقة التي تعمل بها المنظمات العسكرية والدفاعية.
يعد التشفير الكمي ، المعروف أيضًا باسم توزيع المفتاح الكمي (QKD) ، طريقة اتصال آمنة تستخدم ميكانيكا الكم لتبادل المفاتيح بين طرفين. يمكن للمفتاح ، وهو سلسلة من الأرقام الثنائية ، تشفير الرسائل وفك تشفيرها.
من ناحية أخرى ، تعد الخوارزميات الكمومية خوارزميات تستفيد من الخصائص الفريدة لأجهزة الكمبيوتر الكمومية لحل المشكلات بشكل أسرع من أجهزة الكمبيوتر التقليدية.
إذن ، ما هي التطبيقات المحتملة للتشفير الكمومي والخوارزميات الكمومية في القطاع العسكري والدفاع؟ يمكن للتشفير الكمي نقل المعلومات السرية بشكل آمن بين طرفين.
يمكن أن تحل الخوارزميات الكمية مشاكل التحسين المعقدة ، مثل تخطيط المسار أو تخصيص الموارد. بالإضافة إلى ذلك ، يمكن لكلتا التقنيتين تحسين إمكانات المحاكاة ، وتوفير تنبؤات أكثر دقة للأحداث المستقبلية.
يعد قطاعا الجيش والدفاع أحد الصناعات العديدة التي ستستفيد من ظهور الحوسبة الكمومية. مع استمرار تطور هذه التقنيات ، من المحتمل أن نرى المزيد من التطبيقات المبتكرة لها في السنوات القادمة.
قامت الولايات المتحدة باستثمارات كبيرة في أبحاث وتطوير تكنولوجيا الكم. أدت هذه الاستثمارات إلى إنشاء العديد من البرامج المصممة لتعزيز الابتكار في تكنولوجيا الكم.
أحد أبرز البرامج هو مبادرة الكم الوطنية (NQI) ، التي أنشأها الكونغرس في عام 2018. وللمبادرة الامريكية عدد من الأهداف ، بما في ذلك دعم تطوير القوى العاملة الوطنية في مجال الكم وتوسيع الوعي العام بعلوم وتكنولوجيا الكم.
تشمل البرامج المهمة الأخرى ما يلي:
برنامج معاهد تحدي قفزة الكم (QLI) التابع لمؤسسة العلوم الوطنية الأمريكية
مراكز أبحاث علوم معلومات الكم التابعة لإدارة الطاقة (QISRC)
تساعد هذه البرامج في وضع الولايات المتحدة كرائد عالمي في ابتكار تكنولوجيا الكم.
فرص تكنولوجيا الكم
حدد تقرير حديث صادر عن برنامج مبادرة الكم الامريكيه (NQI) ثلاثة مجالات رئيسية يمكن أن تؤثر فيها أبحاث تكنولوجيا الكم بشكل كبير على الأمن القومي للولايات المتحدة.
الأول هو الإنذار المبكر والاستشعار ، حيث يمكن لأجهزة الاستشعار الكمومية أن ترصد الإشارات الخافتة للغاية من الأجسام البعيدة. سيمكن ذلك من الكشف المبكر عن:
الصواريخ
الطائرات
التهديدات المحتملة الأخرى
المجال الثاني في الاتصالات ، حيث يمكن للتشفير الكمي حماية المعلومات الحساسة من الاعتراض. سيكون هذا مهمًا بشكل خاص للاتصالات العسكرية ، التي غالبًا ما تكون مستهدفة من قبل الخصوم.
أخيرًا ، يمكن للحوسبة الكمومية أن تحل المشكلات المعقدة التي تتجاوز قدرات أجهزة الكمبيوتر التقليدية. ستمكن هذه المشاريع الجيش الأمريكي من اكتساب ميزة كبيرة في مجالات مثل:
الخدمات اللوجستية و التخطيط و تحليل الصور و المعطيات .
مستقبل تكنولوجيا الكم
يكتنف مستقبل تكنولوجيا الكم إمكانات ولكن أيضًا قدر كبير من عدم اليقين. على الرغم من ذلك ، فإن المنظمات الدفاعية والعسكرية حريصة على استكشاف الاحتمالات التي قد توفرها الحوسبة الكمومية.
على وجه الخصوص ، تمتلك أجهزة الكمبيوتر الكمومية القدرة على إحداث ثورة في معالجة البيانات وتحليلها ، فضلاً عن توفير رؤى جديدة في المشكلات المعقدة.
ومع ذلك ، هناك أيضًا تحديات كبيرة يجب التغلب عليها قبل أن تكون أجهزة الكمبيوتر الكمومية مفيدة في التطبيقات العملية.
على سبيل المثال ، تعتبر أجهزة الكمبيوتر الكمومية الحالية حساسة للغاية للتغيرات في بيئتها ، مما يعني أنها بحاجة إلى عزلها بعناية عن أي ضوضاء أو تداخل خارجي.
بالإضافة إلى ذلك ، يعد تطوير الخوارزميات التي يمكنها الاستفادة من الخصائص الفريدة لأجهزة الكمبيوتر الكمومية مهمة صعبة تتطلب سنوات عديدة من البحث والتطوير.
على الرغم من هذه التحديات ، تواصل المنظمات الدفاعية والعسكرية الالتزام باستكشاف إمكانات الحوسبة الكمية ومن المرجح أن تستثمر بكثافة في هذا المجال في السنوات القادمة.
لا يزال مجال الحوسبة الكمومية في مراحله الأولى ، لكنه جذب بالفعل اهتمامًا كبيرًا من الحكومات في جميع أنحاء العالم.
تعد أجهزة الكمبيوتر الكمومية بأن تكون أقوى بكثير من أجهزة الكمبيوتر التقليدية ، وقادرة على معالجة كميات هائلة من البيانات بشكل أسرع بكثير.
نتيجة لذلك تبشر بإحداث ثورة في مجالات مثل الطب والتمويل والأمن.
بالنسبة للشركات العاملة في مجال الحوسبة الكمية ، فإن هذا يمثل فرصة كبيرة للفوز بالعقود الحكومية . ومع ذلك ، هناك أيضًا عدد من التحديات. لا تزال أجهزة الكمبيوتر الكمومية جديدة جدًا ، وما زلنا ننتظر الكثير من الأبحاث الأساسية قبل أن نتمكن من استخدام هذا عمليًا.
بالإضافة إلى ذلك ، فإن المجال معقد للغاية ، وقليل من الشركات لديها الخبرة لتطوير أجهزة الكمبيوتر الكمومية. ونتيجة لذلك ، فإن أولئك القادرين على اجتياز هذه التحديات بنجاح سيكونون في وضع قوي للفوز بالعقود الحكومية في مجال الحوسبة الكمومية مستقبلا .
