التفكير فى (الحاسوبية) بشكل (فيزيائى)

 

اقتراح لجميع اساتذة (الميكانيك الكمومى) الذين يقومون بتدريس المادة.

اقترح الدخول فى تجربة جديدة فى تدريس الميكانيك الكمومى يتم فيها تدريس هذا الموضوع الاكثر اساسية لكن الاكثر صعوبة من وجهة نظر (الحاسوبية الكمومية و المعلوماتية الكمومية quantum computation and quantum information).

جميع الكتب الموجودة فى هذا المجال و جميع مواد الميكانيك الكمومى يقوم فيها الاستاذ بتدريس الميكانيك الكمومى من وجهة نظر (الفيزياء الذرية) او (فيزياء المادة المكثفة) او (فيزياء الجسيمات الاولية) و كلها وجهات نظر صحيحة قوية عميقة لكنها لم تعد تثير اهتمام الطلبة و لا مخيلتهم.

مثلا كتب ساكوراى Sakurai و غريفيثس Griffiths الامريكيان و كتاب لاندوا Landau الروسى و كتاب كوهين-طانونجى Cohen-Tannoudji الفرنسى هى كتب ممتازة جدا جدا لكن أكل عليها الدهر و شرب ليس من ناحية قيمتها العلمية لكن من ناحية تجاوبها مع مقتضيات العصر و الموضات الطاغية عليه.

و (الحاسوبية الكمومية و المعلوماتية الكمومية) هى اكيد موضة من موضات العصر لكنه موضوع عميق فعلا للطبيعة و مهم جدا للانسان لا يمكن انكار ذلك.

الحاسوبية الكمومية و المعلوماتية الكمومية هو علم يتم فيه مزج اربعة علوم اساسية هى:

-الفيزياء physics النظرية و التجريبية و بخاصة الميكانيك الكمومى quantum mechanics اصولا و تطبيقات. و الفيزياء هى أم العلوم وهى اقدمها بدون اى شك وهى الوجه الاول للحاسوبية و المعلوماتية الكموميتان.

-علوم الحاسوب computer science النظرية و التطبيقية. و علوم الحاسوب هو ما نسميه عندنا ب (الاعلام الآلى) وهو لا (اعلام) و لا (آلى) بل هو (علم) و (حساب و منطق). وهذا علم قديم و ليس حديث كما قد يعتقد البعض فان حضارة سومر فى العراق نفسها كانت قد طورت خوارزميات بالغة فى الدقة. و علوم الحاسوب هى الوجه الثانى للحاسوبية و المعلوماتية الكموميتان.

-علوم المعلومات information theory وهذا غير موجود عندنا و هى تهتم بنظرية المواصلات communication theory من الناحيتين الرياضية و التطبيقية. هذا علم حديث نوع ما ابتدأه كلود شانون Claude Shannon فى الاربعينات.

-علوم التشفير cryptography و هى التى تهتم بكيفية حماية الحاسوبية و المعلوماتية التى هى فى خدمة الانسان من الانسان نفسه.

اذن اقول ان تدريس الميكانيك الكمومى من وجهة نظر (الحاسوبية الكمومية و المعلوماتية الكمومية) هو قد يوفر تحفيز هائل للطالب و الاستاذ و هو ايضا قد يساعدهم على الاقتراب اكثر من تخصص علوم الحاسوب بشكل اكثر اساسية و هو ايضا سيوفر ربما فرصة لاعادة احياء تدريس الميكانيك الكمومى الذى يعانى مع بقية مواد الفيزياء من موات شديد منذ سنوات.

بكل بساطة فان (الحاسوبية الكمومية و المعلوماتية الكمومية) قد علمتنا كيف نفكر فى الحاسوبية و المعلوماتية بشكل فيزيائى (وليس بشكل رياضى بحت) بعد ان علمتنا (الحاسوبية العلمية scientific computing) كيف نفكر فى الفيزياء بشكل حسابى وهذا ان دل على شيء فانما يدل على تفوق ذكاء علماء الفيزياء على ذكاء علماء علوم الحاسوب (وهذا صحيح فى الغرب يقينا).

و (الحاسوبية العلمية) ابسط من (الحاسوبية الكمومية) و هى اقدم فى الفيزياء نفسها (قبل ان تصبح موضة فى العلوم الاخرى) و من لا يعرف كيف (يكتب حلول رياضية عددية) ل (المسائل الفيزيائية) ثم (انجازها خوارزميا) ثم (تنفيذها على الحاسوب) فعليه ان يتعلم هذا و بسرعة. فهذا كما ترون يعتبر من ابسط انواع الذكاء الاصطناعى.

اذن (الحاسوبية العلمية) مارست (الذكاء الاصطناعى artificial intelligence) منذ عهد فون نويمان von Neumann و مشروع مانهاتن Manhattan project اى قبل عصر (الذكاء الاصطناعى) نفسه.

اما (الحاسوبية الكمومية و المعلوماتية الكمومية) فهى فعلا ثورة فى المفاهيم ان تفكر فى (الحاسوبية) بشكل (فيزيائى) و ليس العكس وهذه الثورة فى المفاهيم ترجع بالاساس الى دافيد دويتش David Deutsch فى الثمانينات الذى طور (الحاسوب الكمومى الكوني universal quantum computer) الذى يعمم و يعوض (آلة تورين الكونية universal Turing machine) الحتمية او الاحتمالية.

اذن فى (الحاسوبية الكمومية و المعلوماتية الكمومية) نستخدم قوانين الميكانيك الكمومى و المنطق الكمومى من اجل بناء الآلة machine و الخوارزمية algorithm و الانجاز implementation و التنفيذ execution عوض قوانين الميكانيك الكلاسيكى و المنطق الكلاسيكى المستخدمة فى علوم الحاسوب.

قوة الحاسوبية الكمومية بالمقارنة مع الحاسوبية الكلاسيكية هو فى توفر مورد resource اضافى قوى جدا جدا هو التشابك entanglement بالاضافة الى الطاقة energy. و الموارد هى جميع الفيزيائيات التى نستخدمها من اجل نجاح العملية الحاسوبية.

اذن الحاسوبية الكمومية تحتوى على موردين على الاقل هما الطاقة و التشابك.

و التشابك (و مقياسه هو انطروبى التشابك entanglement entropy) هو مورد غائب تماما فى الميكانيك الكلاسيكى وهو منبع كل القوة الحاسوبية الكمومية.

اذن فكرة (الحاسوب الكمومى الكونى) يمكن ان نذهب بها الى (الحاسوب الكمومى-الثقالى الكونى) اى نستخدم قوانين الثقالة الكمومية لبناء الآلة و الخوارزمية و الانجاز و التنفيذ عوض قوانين الميكانيك الكمومى.

اذن يمكن ان تستخدم اى نظرية فيزيائية اخرى (ليس فقط الميكانيك الكمومى) من اجل بناء (حاسوبية و معلوماتية) جديدة تعتمد على قوانين تلك النظرية.

يكفى ان تكون تلك النظرية الفيزيائية متحققة طبيعيا.

لهذا فان الناس تفكر اكثر فى الميكانيك الكمومى لانه متحقق فى الطبيعة و لم تفكر مثلا فى استخدام (و لو انهم فكروا قليلا فى الامر) قوانين الهندسة غير-التبديلية noncommutative geometry او نظرية الاوتار string theory او نظرية الثقالة الكمومية الحلقية loop quantum gravity او اى نظرية فيزيائية اخرى.

الخلاصة ببساطة هى انه ليس كافيا التفكير فى (الفيزياء) بشكل (حاسوبى) بل يجب التفكير وهذا اقوى بكثير فى (الحاسوبية) بشكل (فيزيائى) و ليس بشكل (رياضى) محض.

هذا يعنى انه يمكننا استخدام (الحاسوب الكمومى) من اجراء محاكاة الميكانيك الكمومى (مثلا التداخل interference فى تجربة يونغ Young experiment او التشابك فى تجربة ال EPR التى طورها اينشتاين مع زملاءه اليهود).

هذا الشيء يسمى (محاكاة كمومية quantum simulation) و لا يمكن لاى حاسوب كلاسيكى مهما كان (حتى آلة تورين الكونية الاحتمالية) القيام به وهذا أمر قد لاحظه اول من لاحظه فايمان فى بداية الثمانينات.