تذكرني !

 





إلى ما بعد الأفق الكمومي

إلى ما بعد الأفق الكمومي(*) تعمل النظرية الكمومية الآن على توسيع قدرات الحواسيب وكذلك آفاق الإمكانات العقلية، بعد أن كان ينظر إلى هذه النظرية على أنها تفرض حدودا مطلقة على

إضافة رد
 
أدوات الموضوع
  #1  
قديم 06-26-2013, 09:53 AM
الصورة الرمزية Eng.Jordan
Eng.Jordan متواجد حالياً
إدارة الموقع
 
تاريخ التسجيل: Jan 2012
الدولة: الأردن
المشاركات: 20,463
افتراضي إلى ما بعد الأفق الكمومي

إلى ما بعد الأفق الكمومي(*)
تعمل النظرية الكمومية الآن على توسيع قدرات الحواسيب وكذلك آفاق الإمكانات العقلية، بعد أن كان ينظر إلى هذه النظرية على أنها تفرض حدودا مطلقة على المعرفة والتقانة.

<.D دويتش> - <.A إيكرت>




المصدر مجلة العلوم




باختصار
لقد جرت العادة على وصف الميكانيك الكمومي بأنه نظرية الحدود، مما يعني أن ملاحظاتنا غير موثوق بها حتما، وأن العشوائية تحكم العالم، وأن النظرية بحد ذاتها غريبة إلى درجة لا يمكنها أن تسود وتجبرنا على التخلي عن فكرة وجود عالم يمكن للعلم أن يصفه.
وقد ضربت تلك المفاهيم الخاطئة جذورها في المذاهب الفلسفية، مثل الفلسفة الوضعية المنطقية، التي كانت شائعة في الفترة التي طوّر فيها الفيزيائيون النظرية وصقلوها.
وفي الحقيقة، لا يفرض الميكانيك الكمومي حدودا ذات مغزى. ويمتلك العالم الكمومي من الغنى والتعقيد ما يتيح تقانات عملية وأنواع معرفة جديدة.


في أواخر القرن التاسع عشر، رسم فنان مغمور مسافرا يبلغ الأفق حيث تلتقي السماء بالأرض. بدا المسافر راكعا ضمن منظر طبيعي منمنم للأرض، وقد أقحم رأسه في القبة السماوية لمعاينة المجهول. وتوضِّح الصورة، التي تُعرَف باسم نقش <فلاماريون(1)>، بحثَ الإنسان عن المعرفة. وهناك تفسيران محتملان لهذه الاستعارة المرئية، يقابلان تصورين مختلفين تماما للمعرفة.

فهي إمّا تُمثّل حاجزا تخيليا، يمكن للعلم، في الحقيقة، أن يخترقه دوما، أو إنها تُمثل حاجزا حقيقيا لا يمكننا اختراقه إلا في مخيلتنا. ووفق القراءة الأخيرة، يقول الفنان إننا مسجونون داخل فقاعة محدودة مكوّنة من أشياء وأحداث مألوفة. قد نتوقع فهم العالم الذي نعاينه مباشرة، ولكنّ العالم الخارجي اللانهائي عصيّ على الاستكشاف والتفسير. فهل يتجاوز العلمُ المألوف باستمرار، ويكشف آفاقا جديدة، أم أنه يُظهر لنا ألاّ مفر من سجننا - فيعلمنا درسا في المعرفة المحدودة والتواضع اللامحدود؟

غالبا ما تُدرَّس النظرية الكمومية بصفتها البرهان النهائي على هذه الرؤية الأخيرة. وفي وقت مبكر، طوّر علماء هذه النظرية تقليدا يقضي بتدريس الطلبة لاعقلانية مقصودة: «إذا كنت تعتقد أنك تفهم النظرية الكمومية، فأنت إذن لا تفهمها»، «لا يُسمَح لك بطرح هذا السؤال»، «النظرية غامضة، إذن هكذا يكون العالم»، «تحدث الأشياء دون سبب أو تعليل»، هذا عادة، بعض ما كانت تنص عليه الكتب المدرسية وتقوله الروايات الشعبية.

ومع هذا، تُناقض التطورات التي حدثت في العقدين الأخيرين هذه التوصيفات. فغالبا ما افترض الفيزيائيون، على مدى تاريخ هذا الحقل، أن قيودا متنوعة من حقل الفيزياء الكمومية ستمنعنا من الاستفادة الكاملة من الطبيعة على النحو الذي عَوَّدَنا عليه الميكانيك التقليدي؛ لكن لم يتجسد يوما أي من هذه العوائق. وعلى العكس من ذلك، فقد كان الميكانيك الكمومي مُحرّرا. لم تبدُ سِماتُ(2) الأشياء مثل التراكب(3) والتشابك(4) والانقطاع(5) والعشوائية(6)، التي هي في أساس الميكانيك الكمومي، قيودا بل مواردَ. وباستعمالها شكَّل المخترعون، جميع أنواع الأجهزة الرائعة، مثل الليزرات والشيبات الميكروية(7).

لقد كانت هذه مجرد البداية، إذ سنستعمل الظواهر الكمومية استعمالا متزايدا في الاتصالات وفي نظم حوسبة ذات قدرات عالية لا تُدرَك من وجهة نظر تقليدية. وسنكتشف طرقا جديدة لتسخير الطبيعة بل ولتوليد المعرفة أيضا.

خارج حدود الارتياب(**)

في عام 1965، تنبأ <.G مور> [أحد مؤسسي شركة Intel] بأن المهندسين سيضاعفون عدد الترانزستورات في الشيبة(8) الواحدة كل عامين أو ما يقرب من ذلك. وقد بقيت هذه النبوءة، المعروفة حاليا باسم قانون <مور>(9)، صحيحة أكثر من نصف قرن. ومنذ البداية، دق هذا القانون أجراس الإنذار. فإذا استمر هذا القانون صالحا، يمكنك التنبؤ بمتى ستصل الترانزستورات إلى حجم ذرات منفردة - وماذا بعد ذلك؟ سيدخل المهندسون في عالم المجهول.

الأفق الكمومي sa0912Ecke06_opt.jpeg
في الفهم التقليدي للنظرية الكمومية، يضع مبدأ الارتياب(10) حدا لا يمكن أن يتجاوزه أبدا أي تقدم تقاني: فكلما زادت معرفتنا ببعض الخواص، موضع جسيم مثلا، قلَّ ما يمكننا معرفته عن خواص أخرى، مثل سرعة ذلك الجسيم. وما لا تمكن معرفته لا يمكن التحكم فيه. وتواجه محاولات التعامل مع الأشياء الدقيقة عشوائية هائجة، تتمثّل تقليديا بظهور ارتباطات مستحيلة، وغيرها من خروقات قانون السببية(11). ويتبع ذلك نتيجة لا مفر منها: لقد بلغ التقدم في تقانة المعلومات ذروته.

ومع ذلك، ففي الوقت الحاضر، يتحكّم الفيزيائيون روتينيا في العالم الكمومي من دون مواجهة حاجز كهذا. فهم يكودون encode المعلومات في الذرات الفردية أو الجسيمات الأولية(12) ويعالجونها بدقة ممتازة على الرغم من مبدأ الارتياب، وغالبا ما يولِّدون وظائف لا يمكن إنجازها بأي طريقة أخرى. ولكن كيف؟

لننظر من قرب إلى قطعة أساسية من المعلومات: البِتةُ bit وفق التصور التقليدي. للفيزيائي، إن البِتّة هي جملة فيزيائية يمكن تحضيرها في إحدى حالتين مختلفتين، تمثلان قيمتين مـنطـقـيتـين: نعــــم أوْ لا، صــــح أو خطــــأ، 1 أو 0. وفي الحواسيب الرقمية، يمكن أن تُُمثِّل البِتّة وجود أو غياب شحنة على صفيحتي مكثفة(13). وعلى المستوى الذري، يمكن استعمال حالتين للإلكترون في ذرة، حيث تمثل الحالة الأرضية ذات الطاقة الأدنى القيمة 0، وتُمثِّل حالة طاقية أعلى القيمة 1.

وللتعامل مع هذه المعلومات، يُرسِل الفيزيائيون نبضات ضوئية إلى الذرة. ترفع نبضة ذات تردد وعرض ومطال(14) مناسبة - وتعرف بالنبضة π - الذرة من الحالة 0 إلى الحالة 1، وبالعكس. ويمكن أن يضبط الفيزيائيون التردد للتعامل مع ذرتين تؤثر إحداهما في الأخرى، بحيث تتحكم ذرة منهما فيما يحدث للأخرى. وهكذا، يكون لدينا جميع مكوِّنات البوابات المنطقية ذات البِتّة الواحدة وذات البتتين، التي تؤلّف أحجار البناء في الحواسيب التقليدية، من دون أي عائق يفرضه مبدأ الارتياب.

ولفهم ما يجعل إنجاز هذا التصغير الخارق ممكنا، يجب أن نكون واضحين بخصوص ما يقوله مبدأ الارتياب وما لا يقوله. وفي أي لحظة، يمكن أن تكون بعض الخواص القَيوسَة(15) لذرة أو لجملة أخرى، دقيقةً sharp - أي لها قيمة واحدة فقط في تلك اللحظة. ولا يستبعد مبدأ الارتياب الخواص القَيوسة الدقيقة. وينص هذا المبدأ فقط على أنه لا يمكن أن تكون جميع الخواص القَيوسة لجملة فيزيائية دقيقة في اللحظة نفسها. ففي مثال الذرة، الطاقةُ هي الخاصة القيوسة الدقيقة؛ إذْ يكون للإلكترون طاقة محددة تماما في كلتا الحالتين 0 و 1. ولكن لا تكون دقيقة تلك الخواص القيوسة الأخرى مثل الموضع والســـرعـــة، فيصبــح الإلكــتـرون لا متموضعا(16)، وتأخذ سرعته مجالا من القيم المختلفة في الوقت نفسه. ولو حاولنا تخزين البيانات باستعمال الموضع والسرعة، لواجهنا فعلا حدا كموميا. ولا يكون الرد بأن نستسلم لليأس، بل بأن نختار الخواص القيوسة اختيارا حكيما لتعبّر عن بِتات حاسوبية.

تُذكِّرنا هذه الحالة بالمشهد الكوميدي حيث يقول المريضُ للطبيب: «أتألم عندما أفعل ذلك»، فيرد الطبيب: «إذن، لا تفعله». وإذا كان من الصعب جعلُ بعض خواص جسيم دقيقة، فهناك طريقة بسيطة للالتفاف على هذه المسألة: لا تحاول تخزين المعلومات في هذه الخواص، بل استعمل خواصَّ أخرى عوضا عنها.

وراء نطاق البِتات(***)

إذا كان جميع ما نريد فعله هو بناء حاسوب تقليدي باستعمال الذرات بصفتها أحجار بناءٍ بدلا من الترانزستورات، لكان جميع ما نحتاج إليه عندئذ هو خواص قيوسَة دقيقة. غير أن الميكانيك الكمومي يوفِّر أكثر من ذلك بكثير، فهو يُمكِّننا أيضا من استعمال الخواص القيوسة غير الدقيقة استعمالا مفيدا. فحقيقة أنه يمكن للخواص القيوسة غير الدقيقة أن تأخذ عدة قيم في الوقت نفسه، تُثري الإمكانيات possibilities كثيرا.

فمثلا، تُعَدّ الطاقة عادة خاصة قيوسة دقيقة، ولكن يمكننا تحويلها إلى خاصة قيوسة غير دقيقة. فإضافة إلى إمكان وجود الإلكترون في الذرة في حالته الحضيضية(17) أو في حالته المحرَّضة(18)، يمكنه أيضا أن يحتل حالة ناتجة من تراكب هاتين الحالتين. ويبقى الإلكترون في حالة مُحدَّدة تماما، ولكن عوضا عن أن تكون 0 أو 1، فإنها تكون 0 و 1.


لم يعد بالإمكان إيقاف العرض
الحدود المفترضة للحوسبة الكمومية وكيفية كسرها(****)
غالبا ما يوصف الميكانيك الكمومي بأنه العائق النهائي للتصغير في الإلكترونيات. ولحسن الحظ، ليس الأمر كذلك. فقد تعلم الفيزيائيون التغلب على الحواجز التي اعتادوا أن يقلقوا منها. وفي الحقيقة، إنه على المستوى الكمومي ستصل الحواسيب إلى إمكاناتها الحقيقية، مُحققة بذلك قدرات أكبر إلى حد بعيد من قدرات الحواسيب التقليدية.

مبدأ الارتياب(*****)
المسألة: يحدّ مبدأ الارتياب المشهور ل<هايزنبرگ> من دقة بعض القياسات. فإذا ما ثبت بالضبط موضع جسيم، فإنه سيبدأ بالتحرك ضمن مجال من السرعات المختلفة في وقت واحد؛ وإذا قست سرعته بالضبط، فإنك بالمثل تجبر موضعه على أن يأخذ مجالا من القيم لا يمكن التحكم فيها. وعليه، فإن هذه الخواص هي وسائل غير موثوق بها لتخزين المعلومات.
الأفق الكمومي sa0912Ecke05_opt_1.jpeg

الحل: لا تخضع جميع القياسات الكمومية لهذا التحديد. ففي الحالات التي يوجد فيها ارتياب في الموضع والسرعة، توجد خواص أخرى مثل الطاقة يمكن تحديدها تماما. وفي الحالات التي يوجد فيها ارتياب في الطاقة، يمكن أن توجد متحولات أخرى ملائمة.

الأفق الكمومي sa0912Ecke05_opt_2.jpeg


فك الترابط (******)

المسألة: تتفاعل الجسيمات التي تصنع الحاسوب مع المحيط، بحيث تنتشر المعلومات، مما يفسد الحسابات الكمومية.
الأفق الكمومي sa0912Ecke05_opt_3.jpeg
الحل: يمكن لإجرائيات تصحيح الخطأ تعويض فك الترابط لمدة كافية لإنجاز الحسابات. وعلى سبيل المثال، يمكن للفيزيائيين أن ينشروا المعلومات الكمومية على عدة جسيمات a أو تكويدها في شكل هندسي يقاوم الضجيج مقاومة طبيعية b.
الأفق الكمومي sa0912Ecke05_opt_4.jpeg

ويمكن لأي كائن فيزيائي أن يفعل ذلك، ولكن يُسمى الكائن الذي يمكن تحضير مثل هذه الحالات فيه وقياسها ومعالجتها على نحو موثوق بِتّة كمومية(19) أو qubit. ويمكن لنبضات ضوئية أن تجعل تغير طاقة الإلكترون لا يقتصر على الانتقال من قيمة دقيقة إلى قيمة دقيقة أخرى فحسب، بل تتيح أيضا الانتقال من قيمة دقيقة إلى أخرى غير دقيقة، وبالعكس. فبينما تبدِّل النبضة π بين الحالتين 0 و1، فإن نبضة بالتردد نفسه ولكن بنصف العرض أو المطال، تُعرَف باسم النبضة π/2، تُرسل الإلكترون إلى تراكب الحالتين 0 و 1.

وإذا حاولنا قياس طاقة الإلكترون في هذا التراكب، فسنجدها تساوي طاقة الحالة الحضيضية أو الحالة المحرَّضة، وباحتمال متساو. وفي تلك الحالة، سنصادف العشوائية، تماما مثلما يؤكد المُشكّكون. ومرة أخرى، يمكننا بسهولة تجنب هذه العقبة الظاهرة - وبفعل ذلك نولِّد وظائف جديدة جذريا. فعوضا عن قياس طاقة الإلكترون في هذا التراكب، نتركه وشأنه. مثلا، نبدأ بإلكترون في الحالة 0، ونرسل النبضة π/2، ثُم نرسل النبضة π/2 ثانية. وحينها، نقيس طاقة الإلكترون. سيكون في الحالة 1 باحتمال 100%. وهكذا أصبحت الخاصة القيوسة دقيقة مجددا.

لإدراك أهمية هذا الأمر، تأمّل أبسط بوابة منطقية في الحاسوب وهي بوابة النفي، NOT. وخَرْجُ هذه البوابة هو نفي دَخْلها: 0 يصبح 1 و 1 يصبح 0. لنفترض أنك كُلِّفتَ بالمهمة التالية: صمِّم الجذر التـربيـعي لـNOT - أي، صمم بــوابــة منطقيــة عندما تؤثر في دَخْل مرتين على التتابع تنفيه. وباستعمال تجهيزات تقليدية فقط، ستجد المهمة مستحيلة. ولكن يمكن لنبضة π/2 أن تنجز هذه البوابة المنطقية «المستحيلة». إذ تعطي نبضتان من هذه النبضات على التتابع الأثر المطلوب تماما. لقد بنى الفيزيائيون التجريبيون هذه البوابة وغيرها من البوابات المستحيلة تقليديا، باستعمال بِتات كمومية مصنوعة من أشياء مثل الفوتونات والأيونات الُمحتجَزَة والذرات والسبينات النووية(20). وهذه البوابات هي أحجار البناء لحاسوب كمومي.

خارج حدود الحسابات التقليدية(*******)

لحل مسألة بعينها، تتبع الحواسيب (التقليدية منها أو الكمومية) مجموعة مُحدَّدة من التعليمات أو ما تسمى خوارزمية. يُحدِّد علماء الحاسوب فعاليّة خوارزمية كمّيا بدلالة سرعة ازدياد زمن تنفيذها مع ازدياد حجم المُدخلات التي تعمل عليها. مثلا، باستعمال الخوارزمية التي تُدرَّس في المدارس الابتدائية، يمكن حساب جداء ضرب عددين مكونين من n خانة (أو مرتبة) بزمن يزداد متناسبا مع مربع عدد الخانات أي n2. وفي المقابل، تستغرق الطريقة الأسرع لإجراء العملية المعاكسة، أي تحليل عدد صحيح مكوّن من n خانة إلى أعداد أولية، زمنا يزداد أسيا، تقريبا مثل 2n. ويُعدّ هذا غير فعّال.


منطق كمومي

مستحيل ... لا!(********)
لا تفعل الحواسيب الكمومية جميع ما تستطيع الحواسيب التقليدية فعله فحسب، ولكنها أيضا تستطيع إجراء عمليات خارج نطاق المنطق التقليدي. وفي هذا المثال، تُمثل حالتا طاقة الإلكترون في الذرة الحالتين 0 و 1 لبِتة حاسوبية. وفي الحالتين، لا يكون موضع الإلكترون وسرعته محددّين: ينتشر الإلكترون في مناطق كروية وإهليليجية تسمى مدارات، وتأخذ سرعته مجالا من القيم المختلفة في آن واحد. ومع ذلك، فإن للحالتين طاقتين مختلفتين، والطاقة هي التي تُحدد قيمة البِتة.
العملية NOT التقليدية

لإجراء العملية الحسابية الأبسط : NOT، التي تقلب قيمة البِتة، يُرسل الفيزيائيون إلى الذرة نبضات ضوئية ذات تردد وعرض ومطال مناسبة، تعرف بالنبضات π. إذا كان الإلكترون بدايةً في الحالة 0، فإنه ينتقل إلى الحالة 1، والعكس بالعكس.


الأفق الكمومي sa0912Ecke04_opt_1.jpeg

الجذر التربيعي للعملية NOT

يمكن تعديل الإجرائية نفسها لإجراء عملية حسابية تبدو مستحيلة: الجذر التربيعي للعملية NOT. إنما يُعرف بالنبضة π/2، وهي نبضات أصغر مطالا من النبضات π، وأقل عرضا منها، تنقل الإلكترون من الحالة 0 أو الحالة 1 إلى تراكب لكلتا الحالتين. وبعدئذ تزيح نبضة π/2 أخرى الإلكترون إلى الحالة 1 (إذا كان الإلكترون بدايةً في الحالة 0)، أو إلى الحالة 0 (إذا كان الإلكترون بدايةً في الحالة 1). وتعطي هـــذه العمليةُ وغيرها من العمليات الجديدة الحواسيبَ الكمومية قدرتها الهائلة.
الأفق الكمومي sa0912Ecke04_opt_2.jpeg


وعن طريق توفير بوابات منطقية جديدة نوعيا، يتيح الميكانيك الكمومي إمكانية وضع خوارزميات جديدة. ويعدّ التحليل إلى عوامل، أحد أكثر الأمثلة إثارة للإعجاب. وتستطيع خوارزمية كمومية اكتشفها <.P شور> عام 1994، [الذي كان عندئذ يعمل في مختبرات بِلّ Bell Laboratories] أن تُحلِّل أعدادا من n خانة (مرتبة) إلى عواملها، في سلسلة من الخطوات تزداد متناسبة مع n2 فقط. وفي مسائل أخرى، مثل البحث في قائمة طويلة، تُقدِّم الحواسيب الكمومية مزايا أقل إبهارا ولكنها تبقى مع ذلك مزايا ملموسة. وللتأكيد، ليست جميع الخوارزميات الكمومية على هذه الدرجة العالية من الفعاليّة، فالعديد منها ليست أسرع من مثيلاتها التقليدية(21).

الأفق الكمومي sa0912Ecke032_opt.jpeg

نقش فلاماريون: يطرح هذا النقش الخشبي المشهور من القرن التاسع عشر (طُبع بداية بالأبيض والأسود) السؤال التالي:
هل المعرفة محدودة، أم أننا نستطيع دائما إقحام رؤوسنا خارج حدود المعرفة؟


وعلى الأرجح، لن يكون التحليلُ إلى عوامل، التطبيقَ العملي الأول للحواسيب الكمومية العمومية الاستعمال، بل سيكون محاكاة جمل كمومية أخرى - وهي مهمة تأخذ مدة طويلة تزداد ازديادا أسيا في الحواسيب التقليدية. وقد يكون للمحاكاة الكمومية تأثير هائل في مجالات مثل اكتشاف أدوية جديدة أو تطوير مواد جديدة.

ويستشهد المُشكِّكون في التطبيق العملي للحسابات الكمومية، بالمسألة الشاقة المتعلقة بربط البوابات المنطقية الكمومية ببعضها. فعدا عن الصعوبات التقنية الخاصة بالعمل على مستوى ذرة واحدة أو فوتون واحد، تكمن المشكلة الرئيسية في منع البيئة المحيطة من إتلاف الحسابات. وغالبا ما تُقدّم هذه العملية التي تسمى فك الترابط(22) بصفتها النهاية الجوهرية للحسابات الكمومية، ولكنها ليست كذلك. وتوفر النظرية الكمومية نفسها وسائل تصحيح الأخطاء التي يسببها فك الترابط. وإذا استوفت مصادر الخطأ بعض الفرضيات التي يمكن أن يحققها مصممون عباقرة بأسلوب معقول – مثل فرضية أن الأخطاء العشوائية تصيب على نحو مستقل أيّا من البِتات الكمومية، وأن البوابات المنطقية دقيقة بقدر كاف - فعندها يمكن جعل الحواسيب الكمومية متسامحة مع الأخطاء(23). ويمكنها العمل بوثوقية لفترات طويلة بالقدر الذي نشاء.

خارج حدود المعرفة الرياضياتية التقليدية(*********)

توضح قصة البوابات المنطقية «المستحيلة» حقيقة مذهلة عن فيزياء الحسابات. عندما نُحسِّن معرفتنا بالواقع المادي، نُحسِّن أحيانا معرفتنا بالعوالم المجردة للمنطق والرياضيات أيضا. وسيغيِّر الميكانيك الكمومي بالتأكيد هذه العوالم تماما كما غيَّر سابقا الفيزياء والعلوم الهندسية.

والسبب هو أننا نكتسب المعرفة بالحقائق الرياضياتية بواسطة سيرورات فيزيائية، وذلك مع كونها مستقلة عن الفيزياء، ويتعلق ما يمكن معرفته منها بماهية القوانين الفيزيائية. فالبرهان الرياضياتي هو سلسلة متعاقبة من العمليات المنطقية. ومن ثَمَّ، يتعلق ما يمكن برهانه وما لا يمكن برهانه بالعمليات المنطقية (مثل النفي NOT) التي تسمح قوانين الفيزياء بتحقيقها. ويجب أن تكون هذه العمليات بسيطة، من الناحية الفيزيائية، إلى درجة أننا نعرف، من دون برهان إضافي، ماذا يعني تنفيذها، ويتجذَّر هذا الحكم في معرفتنا للعالم المادي. وبتوسيع مخزوننا من مثل هذه الحسابات الأولية بحيث يضم حسابات مثل الجذر التربيعي لـNOT، ستُمكِّن الفيزياء الكمومية الرياضياتيين من إقحام رؤوسهم عبر حاجز كان سابقا يفترض وجوده في عالم التجريدات البحتة. وسيكونون قادرين على رؤية حقائق، كانت ستبقى لولا ذلك محجوبة إلى الأبد، والبرهان على صحتها.

لنفترض مثلا أن الجواب عن أحجية رياضياتية غير محلولة يتوقف على معرفة عوامل عدد صحيح ضخم بعينه N - عدد ضخم إلى درجة أننا لو استعملنا كل المادة في الكون لتصنيع حواسيب تقليدية، وجعلناها تعمل لمدة تساوي عمر الكون، لما تمكنت من تحليله إلى عوامله. ويمكن لحاسوب كمومي أن يفعل ذلك بسرعة. وعندما ينشر الرياضياتيون الحلَّ، عليهم منذ البدء أن يذكروا هذه العوامل، كما لو أنهم يسحبونها من قبعة ساحر: «هذان عددان صحيحان جداء ضربهما يساوي N». ولن تكفي أي كمية من الورق لكتابة التفاصيل التي تبين كيف حصلوا على هذه العوامل.

بهذه الطريقة، يوفِّر الحاسوب الكمومي المفتاح الأساسي الذي يحل الأحجية الرياضياتية. وما كانت النتيجة لتُعرَف أبدا من دون هذا المفتاح، الذي لا يمكن أن توفره واقعيا أية سيرورة تقليدية. ويعتبر بعض الرياضياتيين علمَ الرياضيات علما تجريبيا، لا نحصل على نتائجه بالمُحاكمة المنطقية فحسب، بل بالتجربة أيضا(24). وتأخذ الفيزياء الكمومية هذا النهج إلى مستوى جديد وتجعله إلزاميا.

خارج نطاق الفلسفة السيئة(**********)

إذا كان الميكانيك الكمومي يتيح أنواعا جديدة من الحسابات، فلماذا أبدى الفيزيائيون قلقهم من أن تَحدُّ النظريةُ الكمومية التقدم العلمي؟ يعود الجواب عن ذلك إلى أيام تشكُّل هذه النظرية.

لقد حذَّر <.E شرودنگر> [الذي اكتشف معادلة تعريف النظرية الكمومية] جمهور إحدى محاضراته من أنه يمكن اعتبار ما سيقوله ضربا من الجنون. وتابع مُفسّرا أنه عندما تصف معادلته الشهيرة تواريخ مختلفة مرّ بها جسيم، فإن هذه «ليست بدائل ولكنها جميعا قد وقعت فعلا في آن معا». ومع أن خروج علماء مرموقين عن جادة الصواب أمر وارد، لكن ما كان يفعله هذا العالِم، الذي حصل على جائزة نوبل عام 1933، هو أنّه كان يعلن بتواضع أن المعادلة التي مُنِح بسببها هذه الجائزة ليست إلاَّ وصفا صحيحا للحقائق. لقد شعر <شرودنگر> بالحاجة إلى اتخاذ موقع المُدافع، ليس لأنه فسَّر معادلته على نحو غير عقلاني، بل بالضبط لأنّه لم يفعل ذلك.

كيف أمكن اعتبار مثل هذا الادعاء الحميد ظاهريا، غريبا وغير مألوف؟ لقد حدث ذلك لأن معظم الفيزيائيين استسلموا خاضعين للفلسفة السيئة: أي إلى المذاهب الفلسفية التي أعاقت بفاعلية اكتساب معرفة أخرى. وترتبط الفلسفة بالفيزياء الأساسية ارتباطا قويا - وذلك على الرغم من الادعاءات العديدة الصادرة عن كلا المجالين والتي تقول عكس ذلك - فهما يرتبطان إلى درجة أنه عندما عانى التيار الفلسفي العام تراجعا حادا في العقود الأولى من القرن العشرين، جرَّ معه في هذه المعاناة أجزاء من الفيزياء.

لقد كانت المذاهب الفلسفية المذنبة مثل: الفلسفة الوضعية المنطقية(25) («إذا لم يكن التحقّق التجريبي من فكرة ممكنا فلا معنى لها»)، والذرائعية(26) («إذا صدقت التنبؤات حول قضية، فلماذا نشغل أنفسنا بمسبباتها؟)، والنسبوية الفلسفية(27) («لا يمكن للمقولات أن تكون موضوعيا صحيحة أو خاطئة، ولكنها فقط تكتسب شرعيتها أو تُنتَزع منها هذه الشرعية من قِبَل ثقافة محددة»). لقد وقع الضرر بسبب الشيء المشترك بين تلك الفلسفات: إنّه إنكار الواقعية، التي هي المنطق الفلسفي السليم الذي ينص على أن العالم المادي موجود وأنه يمكن لطرائق العلم أن تلتقط المعرفة المتعلقة به.

وفي ذلك الجو الفلسفي طوّر الفيزيائي <.N بور> تفسيرا مؤثّرا للنظرية الكمومية، ينفي إمكان الحديث عن الظواهر بصفتها موجودة موضوعيا. فلم يكن السؤال عن قيم المتغيرات الفيزيائية مسموحا به، عندما لا تكون هذه المتغيرات تحت المراقبة بهدف قياسها (كما هو الحال في منتصف طريق حساب كمومي). أمّا الفيزيائيون الذين، بطبيعة تسميتهم، لم يستطيعوا كبح جماح رغبتهم في طرح السؤال، فحاولوا ألّا يطرحوه. وراح معظمهم يدرب طلبته على عدم فعل ذلك أيضا. وهكذا صارت النظريةُ الأكثر تطورا في أكثر العلوم أساسية محكومة بأن تكون متناقضة بحدة مع مجرد وجود حقيقة وتعليل وواقع مادي.

لم يتخلَّ كل فيلسوف عن الواقعية. وكان <.B راسل> و<.K بوبر> استثناءَين ملحوظين. وكذلك لم يفعل ذلك كل فيزيائي. فقد قاوم <.A أينشتاين> و<.D بوم> هذا التوجه، واقترح <.H إڤريت> أن المقادير الفيزيائية تأخذ بالفعل أكثر من قيمة في وقت واحد (وجهة نظر نحن نؤيدها). ولكن، لم يكن الفلاسفة عموما مهتمين بالواقعية، ومع أن الفيزيائيين راحوا يستعملون النظرية الكمومية لدراسة مجالات أخرى في الفيزياء، فإن البحثَ حول طبيعة السيرورات الكمومية نفسها قد ضلَّ طريقه.

لقد تحسنت الأمور تدريجيا على مدى عقدين من الزمن، والفيزياء هي التي كانت تجرُّ الفلسفة إلى الطريق الصحيح. فالناس يريدون فهم الواقع، مهما كانت شدة إنكارهم لذلك. وقد تجاوزنا أخيرا الحدود المُفترضة التي علمتنا الفلسفةُ السيئةُ الاستسلام لها.

ماذا لو دُحِضَتْ النظرية في نهاية المطاف، كأن يُحبِط قيد أعمق تلك المحاولة لبناء حاسوب كمومي قابل للتوسيع(28)؟ سيكون من المثير جدا أن نرى ذلك يحدث. فمثل هذه النتيجة هي إلى حد بعيد أقصى ما نتمناه. ولن يؤدي هذا إلى مراجعة معرفتنا الأساسية بالفيزياء فحسب، بل نتوقع أن يوفِّر أنواعا من الحساب أكثر روعة. لأنه إذا كان هناك ما يمكن أن يوقف الميكانيك الكمومي، فنتوقع أن تكون هناك نظرية جديدة مثيرة حول ما يمكن أن يوقف الميكانيك الكمومي، وأن يتبعها ظهور حواسيب جديدة مثيرة على أساس هذه النظرية. وبطريقة أو بأخرى، لن تكون هناك حدود على المعرفة أو التقدم.


المؤلفان
David Deutsch
<دويتش> فيزيائي من جامعة أكسفورد ومخترع مفهوم الحواسيب الكمومية العمومية، يقول إنه بدأ الاهتمام بالفيزياء وهو طفل، عندما تمرد على الادعاء بأنه لا يمكن لأحد فَهم كل ما يُفهم.

الأفق الكمومي sa0912Ecke02_opt.jpeg
Artur Ekert
<إيكرت> رائد التعمية cryptography المعتمدة على التشابك عندما كان طالب دراسات عليا. ويشغل حاليا منصب مدير مركز التقانات الكمومية Center for Quantum Technologies في سنغافورة، وهو أستاذ في معهد أكسفورد للرياضيات Oxford's Mathematical Institute.

الأفق الكمومي sa0912Ecke01_opt.jpeg
مراجع للاستزادة

The Fabric of Reality: The Science of Parallel Universes—and Its Implications. David Deutsch. Penguin, 1998.
The Physics of Quantum Information: Quantum Cryptography, Quantum Teleportation, Quantum Computation. Dirk Bouwmeester, Artur Ekert and Anton Zeilinger. Springer, 2000.
Quanta, Ciphers and Computers. Artur Ekert in The New Physics. Edited by Gordon Fraser. Cambridge University Press, 2006.
The Beginning of Infinity: Explanations That Transform the World. David Deutsch. Penguin, 2011.
The Emergent Multiverse: Quantum Theory according to the Everett Interpretation. David Wallace. Oxford University Press, 2012.


(*) BEYOND THE QUANTUM HORIZON
(**) BEYOND UNCERTAINTY
(***) BEYOND BITS
(****) Supposed Limits to Quantum Computing and How to Break Them
(*****) Uncertianty Principle
(******) Decoherence أو: إزالة الترابط.
(*******) BEYOND CLASSICAL COMPUTATION
(********) Impossible ... NOT!
(*********) BEYOND CONVENTIONAL MATHEMATICAL KNOWLEDGE
(**********) BEYOND BAD PHILOSOPHY
(1) Flammarion
(2) attributes
(3) superposition
(4) entanglement
(5) discreteness
(6) randomness
(7) microchips
(8) chip
(9) Moore's Law
(10) the uncertainty principle
(11) cause law
(12) elementary particles
(13) capacitor
(14) amplitude
(15) القَيوسَة (قابلة للقياس): observables
(16) delocalized
(17) ground state = حالة حضيضية.
(18) excited state = حالة محرضة.
(19) quantum bit
(20) انــظــــر: «Quantum Computing with Ions,»by Christopher R. Monroe - David J. Wineland; Scientific American, August 2008


(21) انظـــر: "The Limits of Quantum Computers," by Scott Aaronson; Scientific American, March 2008
(22) decoherence
(23) fault-tolerant
(24) انظـــر: "The Death of Proof," by John Horgan; Scientific American, October 1993

(25) logical positivism
(26) instrumentalism
(27) philosophical relativism
(28) scalable

المصدر: ملتقى شذرات


Ygn lh fu] hgHtr hg;l,ld

__________________
رد مع اقتباس
إضافة رد
إضافة رد

العلامات المرجعية

« تجربة المناخ الكبرى | علماء يكتشفون نجما مجاورا للشمس له ثلاثة كواكب »

يتصفح الموضوع حالياً : 1 (0 عضو و 1 ضيف)
 
أدوات الموضوع

ضوابط المشاركة
لا تستطيع إضافة مواضيع جديدة
لا تستطيع الرد على المواضيع
لا يمكنك اضافة مرفقات
لا يمكنك تعديل مشاركاتك

BB code متاحة
كود [IMG] متاحة
كود HTML معطلة

ضوابط المشاركة
لا تستطيع إضافة مواضيع جديدة
لا تستطيع الرد على المواضيع
لا يمكنك اضافة مرفقات
لا يمكنك تعديل مشاركاتك

BB code متاحة
كود [IMG] متاحة
كود HTML معطلة


المواضيع المتشابهه
الموضوع كاتب الموضوع المنتدى مشاركات آخر مشاركة
هل ينفي النفق الكمومي مبدأ السببية ؟ Eng.Jordan علوم وتكنولوجيا 0 02-15-2017 10:30 PM
انسداد الأفق السياسي له مخاطره عبدالناصر محمود مقالات وتحليلات مختارة 0 11-19-2013 09:18 AM
الطائرات الهليكوبتر تقصف حلب ومذبحة تلوح في الأفق يقيني بالله يقيني أخبار عربية وعالمية 0 07-29-2012 12:15 AM

 

 

 
 

 

 
     
 

  sitemap  forummap

 


جميع الأوقات بتوقيت GMT +3. الساعة الآن 11:05 PM.

الاستايل الأصلي من تصميم استضافة لمسات


Powered by vBulletin® Version 3.8.7
Copyright ©2000 - 2017, Jelsoft Enterprises Ltd.
Adsense Management by Losha
جميع المواضيع والمشاركات المطروحة تعبر عن وجهة نظر كاتبها ولا تعبر بالضرورة عن رأي إدارة الموقع
جميع الحقوق محفوظة لـ موقع شذرات
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68