التداخل: الحيلة الأساسية
الدرس 9 من 23 في دورة «الكم». مجاني، مع رسوم متحركة واختبار.
أنت تستخدم التداخل أصلًا
سماعات إلغاء الضجيج تلتقط الضجيج الخارجي وتشغّل الموجة نفسها مقلوبة. حيث يكون للضجيج قمة يكون للضجيج المعاكس قاع، فيصير المجموع صمتًا. هذا هو التداخل. سعات الكيوبتات تتصرف بالطريقة نفسها: لها إشارة، والموجب والسالب يمكن أن يلغي أحدهما الآخر. جوهر الحوسبة الكمية كله أن تصنع هذا الصمت للإجابات الخاطئة.
لماذا لا تستطيع الاحتمالات العادية ذلك
الاحتمال العادي موجب دائمًا. إذا أعطى مساران ربع احتمال لكل منهما فالمجموع نصف، ولا يستطيع مسار ثانٍ «طرح» الاحتمال. أما السعات فمختلفة: قد تكون واحدة زائد نصف والأخرى ناقص نصف فيكون المجموع صفرًا. الاحتمال هو مربع السعة، فالسعة الصفرية تعني احتمالًا صفريًا. هكذا بالضبط محت بوابتا H المتتاليتان الـ1 في درس البوابات.
وصفة من أربع خطوات
تتبع كل الخوارزميات الكمية تقريبًا نمطًا واحدًا. الخطوة الأولى: بوابات H تصنع تراكبًا لكل الخيارات. الثانية: كتلة خاصة تسمى «العرّاف» تضع إشارة سالبة للخيارات المطلوبة. الثالثة: بوابات أخرى تنظّم التداخل فتلغي الموجبات والسالبات الباقي. الرابعة: القياس، فيظهر الجواب الصحيح باحتمال عالٍ. الفن كله في تصميم الخطوتين الثانية والثالثة لكل مسألة.
أول فوز كمي
عام 1985 ابتكر الفيزيائي ديفيد دويتش مسألة لعبة. لديك عملة بوجهين وعليك أن تعرف: هل الوجهان متماثلان كالعملة المزيفة أم مختلفان كالسليمة؟ بالطريقة العادية عليك النظر إلى الوجهين. الخوارزمية الكمية تجيب بـ«نظرة» واحدة: تنظر إلى الوجهين في تراكب، والتداخل يعطي فورًا «متماثلان» أو «مختلفان». الفائدة العملية قليلة، لكنها أول دليل على أن النهج الكمي قد يكون أسرع.
لا يمكنك نسخ كيوبت
يمكن نسخ الملف أي عدد من المرات. أما الحالة الكمية المجهولة فلا: أثبت ذلك عام 1982 ووترز وزوريك، ومستقلًا عنهما ديكس. وتسمى مبرهنة عدم الاستنساخ. العيب: لا «نسخة احتياطية» للكيوبت، ولا يمكنك التلصص على نتيجة وسيطة دون إفساد الحساب. الميزة: الجاسوس أيضًا لا يستطيع نسخ إشارة كمية سرًا، وعلى هذا تقوم الكريبتوغرافيا الكمية.
سباق مع الزمن
يعمل التداخل فقط إلى أن «يبعثر» الضجيج السعات. الزمن الذي تصمد فيه الحالة يسمى زمن الترابط. في الكيوبتات فائقة التوصيل هو نحو عُشر مللي ثانية، وفي الأيونات ثوانٍ أو أكثر. يبدو أن الأيونات تفوز فورًا، لكن بوابات فائقة التوصيل أسرع بآلاف المرات، فتنجز خلال عمرها عددًا مماثلًا من العمليات. لذلك لا يُقارن الزمن بل عدد الخطوات بلا خطأ.
اختبر نفسك
- لماذا يستطيع الحاسوب الكمي «محو» الجواب الخاطئ ولا تستطيع العشوائية العادية؟
الإجابة الصحيحة: للسعات إشارة، والموجب والسالب يلغيان بعضهما. الاحتمالات تتجمع فقط، أما السعات فقد تكون سالبة. الموجب والسالب يعطيان صفرًا فيختفي احتمال الجواب الخاطئ. - هل يمكن عمل نسخة احتياطية لكيوبت في منتصف الحساب؟
الإجابة الصحيحة: لا، لا يمكن نسخ حالة مجهولة. مبرهنة عدم الاستنساخ (1982) تمنع نسخ حالة كمية مجهولة. - أي مقارنة بين الكيوبتات أكثر إنصافًا؟
الإجابة الصحيحة: كم عملية تنجزها بلا خطأ. المهم كم خطوة مفيدة تتسع في عمر الحالة. قد يتعادل كيوبت بطيء طويل العمر مع آخر سريع قصير العمر.