وحدة المعالجة الكمية

آي بي إم كيو سيستم وان (2019)، أول كمبيوتر كمي تجاري قائم على الدوائر
إن وحدة المعالجة الكمية (بالإنجليزية: Quantum Processing Unit (QPU))‏ هو جزء من نظام الحاسب والمصمم خصوصاً لتنفيذ العمليات بالبتات الكمية المسماة بالكوبت (qubit). سيحل هذا المعالج محل وحدة المعالجة المركزية (CPU) مثلما حدث مع و حدة نقطة التسطيح (بالإنجليزية: Floating point unit (FPU)) في أوليات التسعينات.
الحوسبة الكمومية هي نوع من الحسابات التي تسخر الخصائص الجماعية للحالات الكمية، مثل التراكب والتداخل والتشابك، لإجراء العمليات الحسابية. تُعرف الأجهزة التي تقوم بالحسابات الكمومية بأجهزة الكمبيوتر الكمومية. على الرغم من أن أجهزة الكمبيوتر الكمومية الحالية أصغر من أن تتفوق على أجهزة الكمبيوتر العادية (الكلاسيكية) للتطبيقات العملية، إلا أنه يُعتقد أنها قادرة على حل بعض المشكلات الحسابية، مثل عامل العدد الصحيح (الذي يقوم عليه تشفير آر إس إيه)، وهو أسرع بكثير من أجهزة الكمبيوتر التقليدية. تعد دراسة الحوسبة الكمومية مجالًا فرعيًا من علم المعلومات الكمومية.
بدأت الحوسبة الكمومية في عام 1980 عندما اقترح الفيزيائي بول بينيوف نموذجًا ميكانيكيًا كميًا لآلة تورينج. ريتشارد فاينمان و يوري مانين اقترح لاحقًا أن الكمبيوتر الكمي لديه القدرة على محاكاة أشياء لا يستطيع الكمبيوتر التقليدي القيام بها بشكل عملي. في عام 1994، طور Peter Shor خوارزمية كمومية لتحليل الأعداد الصحيحة مع إمكانية فك تشفير الاتصالات RSA المشفرة. على الرغم من التقدم التجريبي المستمر منذ أواخر التسعينيات، يعتقد معظم الباحثين أن «الحوسبة الكمية التي تتحمل الأخطاء [ما زالت] حلما بعيد المنال». في السنوات الأخيرة، ازداد الاستثمار في أبحاث الحوسبة الكمومية في القطاعين العام والخاص. في 23 أكتوبر 2019، ادعت شركة جوجل آي إيه بالشراكة مع الإدارة الأمريكية للملاحة الجوية والفضاء ناسا (NASA)، أنه قد أجرى حسابًا كميًا كان غير ممكن على أي جهاز كمبيوتر كلاسيكي،  ولكن ما إذا كان هذا الادعاء كان أم لا لا يزال صالحًا هو موضوع بحث نشط.
هناك عدة أنواع من أجهزة الكمبيوتر الكمومية (المعروفة أيضًا باسم أنظمة الحوسبة الكمومية)، بما في ذلك نموذج الدائرة الكمومية، وآلة تورينج الكمومية، والكمبيوتر الكمومي الثابت، وحاسوب الكم أحادي الاتجاه، ومختلف الأوتوماتا الخلوية الكمومية. النموذج الأكثر استخدامًا هو الدائرة الكمومية، بناءً على البت الكمي، أو «كيوبت»، والتي تشبه إلى حد ما البت في الحساب الكلاسيكي. يمكن أن يكون الكيوبت في حالة كمية 1 أو 0، أو في تراكب للحالتين 1 و 0. ومع ذلك، عندما يتم قياسها، فإنها دائمًا ما تكون 0 أو 1 ؛ يعتمد احتمال أي من النتيجتين على الحالة الكمومية للكيوبت قبل القياس مباشرة.
تركز الجهود المبذولة لبناء كمبيوتر كمومي فيزيائي على تقنيات مثل أجهزة الإرسال والفخاخ الأيونية وأجهزة الكمبيوتر الكمومية الطوبولوجية، والتي تهدف إلى إنشاء كيوبتات عالية الجودة. يمكن تصميم هذه الكيوبتات بشكل مختلف، اعتمادًا على نموذج الكمبيوتر الكمومي الكامل، سواء كانت بوابات منطقية كمومية، أو تلدين كمي، أو حساب كمومي ثابت الحرارة. يوجد حاليًا عدد من العوائق المهمة لبناء حواسيب كمومية مفيدة. من الصعب بشكل خاص الحفاظ على الحالات الكمومية للكيوبتات، لأنها تعاني من فك الترابط الكمي وإخلاص الحالة. لذلك تتطلب أجهزة الكمبيوتر الكمومية تصحيح الخطأ.
يمكن أيضًا حل أي مشكلة حسابية يمكن حلها بواسطة جهاز كمبيوتر تقليدي عن طريق الكمبيوتر الكمومي. على العكس من ذلك، يمكن أيضًا حل أي مشكلة يمكن حلها بواسطة جهاز كمبيوتر كمي بواسطة جهاز كمبيوتر كلاسيكي، على الأقل من حيث المبدأ مع إعطاء الوقت الكافي. بعبارة أخرى، تخضع أجهزة الكمبيوتر الكمومية لأطروحة تشرش-تورينغ. هذا يعني أنه في حين أن أجهزة الكمبيوتر الكمومية لا توفر مزايا إضافية على أجهزة الكمبيوتر الكلاسيكية من حيث القدرة على الحوسبة، فإن الخوارزميات الكمومية لمشاكل معينة لها تعقيدات زمنية أقل بكثير من الخوارزميات التقليدية المعروفة المقابلة. والجدير بالذكر أن أجهزة الكمبيوتر الكمومية يعتقد أنها قادرة على حل مشاكل معينة بسرعة لا يستطيع أي كمبيوتر تقليدي حلها في أي فترة زمنية ممكنة - وهو إنجاز يُعرف باسم «التفوق الكمي». تُعرف دراسة التعقيد الحسابي للمشكلات المتعلقة بأجهزة الكمبيوتر الكمومية باسم نظرية التعقيد الكمي.