ما هو الكمبيوتر الكمي؟
الكمبيوتر الكمي هو جهاز كمبيوتر يستغل الظواهر الميكانيكية الكمومية. على نطاق صغير، تظهر المادة الفيزيائية خصائص الجسيمات والموجات على حد سواء، وتستفيد الحوسبة الكمية من هذا السلوك باستخدام أجهزة متخصصة. لا يمكن للفيزياء الكلاسيكية أن تفسر عمل هذه الأجهزة الكمية، ويمكن للكمبيوتر الكمومي القابل للتوسع أن يؤدي بعض الحسابات بشكل أسرع من أي كمبيوتر "كلاسيكي" حديث. على وجه الخصوص، يمكن للكمبيوتر الكمومي على نطاق واسع كسر مخططات التشفير المستخدمة على نطاق واسع ومساعدة الفيزيائيين في أداء المحاكاة الفيزيائية؛ ومع ذلك، فإن الحالة الحالية للفن لا تزال تجريبية وغير عملية إلى حد كبير.  الوحدة الأساسية للمعلومات في الحوسبة الكمومية هي الكيوبت، مماثلة للبيت في الإلكترونيات الرقمية التقليدية. على عكس البت الكلاسيكي، يمكن للكيوبت أن يكون موجودًا في وضع فوقي لحالتيه "الأساسيتين" ، مما يعني بشكل فضفاض أنه في كلتا الحالتين في وقت واحد. عند قياس الكيوبت، النتيجة هي ناتج احتمالي من بت كلاسيكي. إذا كان الكمبيوتر الكمي يتلاعب بالكوبت بطريقة معينة، فإن تأثيرات تداخل الموجة يمكن أن تضخم نتائج القياس المطلوبة. يتضمن تصميم الخوارزميات الكمية إنشاء إجراءات تسمح للكمبيوتر الكمومي بإجراء الحسابات بكفاءة.  الهندسة الفيزيائية للكيوبيتات عالية الجودة أثبتت أنها تحدي. إذا لم يكن الكيوبت الفيزيائي معزولاً بما فيه الكفاية عن بيئته، فإنه يعاني من عدم التماسك الكمي، وإدخال الضوضاء في الحسابات. استثمرت الحكومات الوطنية بشكل كبير في الأبحاث التجريبية التي تهدف إلى تطوير الكيوبيتات القابلة للتطوير مع أوقات متماسكة أطول ومعدلات أخطاء أقل. اثنان من التكنولوجيات الأكثر واعدة هي الموصلات الفائقة (التي تعزل التيار الكهربائي عن طريق القضاء على المقاومة الكهربائية) ومصائد الأيونات (التي تحصر جسيم ذري واحد باستخدام المجالات الكهرومغناطيسية).  أي مشكلة حاسوبية يمكن حلها بواسطة جهاز كمبيوتر كلاسيكي يمكن حلها أيضًا بواسطة جهاز كمبيوتر كمومي. وعلى العكس من ذلك، يمكن لحاسوب كلاسيكي حل أي مشكلة يمكن حلها بواسطة كمبيوتر كمومي، على الأقل من حيث المبدأ إذا ما أعطيت وقتا كافيا. بعبارة أخرى، أجهزة الكمبيوتر الكمومية تطيع نظرية تشيرش-تورينج. وهذا يعني أنه في حين أن أجهزة الكمبيوتر الكمومية لا توفر مزايا إضافية على أجهزة الكمبيوتر الكلاسيكية من حيث القدرة على الحساب ، فإن خوارزميات الكموم لبعض المشاكل لديها تعقيدات زمنية أقل بكثير من الخوارزميات الكلاسيكية المعروفة المقابلة. بشكل خاص، يُعتقد أن أجهزة الكمبيوتر الكمومية قادرة على حل بعض المشاكل بسرعة التي لا يمكن لأي جهاز كمبيوتر كلاسيكي حلها في أي وقت ممكن - وهو إنجاز يعرف باسم "تفوق الكم". تُعرف دراسة التعقيد الحسابي للمشاكل فيما يتعلق بأجهزة الكمبيوتر الكمومية باسم نظرية التعقيد الكمومي.