ما هي الحوسبة الكمومية وكيف تعمل؟

هل سمعت يومًا عن حاسوب قادر على إنجاز مهام مستحيلة على الحواسيب التقليدية؟ تُسمى هذه الحواسيب الخاصة بالحواسيب الكمومية. وهي تختلف عن الحاسوب الذي تستخدمه في المنزل أو المدرسة لأنها تستخدم "كيوبتات" بدلًا من "البتات" التقليدية.

ما هي الحوسبة الكمومية؟

الحوسبة الكمومية مجال دراسي يستكشف كيفية استخدام خصائص الفيزياء الكمومية لتخزين البيانات وإجراء العمليات الحسابية. على عكس الحواسيب الرقمية التقليدية التي تستخدم النظام الثنائي (الرقمين 0 و1) لأداء هذه المهام، تُجري الحواسيب الكمومية العمليات الحسابية بناءً على احتمالية حالة الجسم قبل قياسها. ونتيجةً لذلك، تتمتع الحواسيب الكمومية بالقدرة على معالجة كميات هائلة من البيانات وإجراء عمليات حسابية أكثر تعقيدًا بكثير من الحواسيب التقليدية.

مع ذلك، يتفق معظم علماء الحاسوب على أن الحواسيب الكمومية لن تُقدّم على الأرجح أي ميزة إضافية على الحواسيب التقليدية من حيث القدرة الحاسوبية. بعبارة أخرى، يُمكن للحاسوب التقليدي نظريًا إجراء العمليات الحسابية نفسها التي يُجريها الحاسوب الكمومي، ولكن نظرًا للوقت الهائل والقدرة الحاسوبية المطلوبة، فإن هذا الأمر غير عملي.

مع أن الحوسبة الكمومية قد تتفوق في نهاية المطاف على الحوسبة التقليدية في العمليات الحسابية المعقدة، إلا أن هذا لا يعني أنها ستحل محل الحوسبة التقليدية في المهام اليومية البسيطة، مثل تشغيل تطبيقات سطح المكتب والبريد الإلكتروني، وما إلى ذلك. في الواقع، في هذه المرحلة، قد يكون من الأنسب اعتبار الحوسبة الكمومية أداةً متميزةً ومكملةً للحواسيب التقليدية، لا بديلاً كاملاً عنها.

على الرغم من أن معظم الخبراء يعتقدون أن انتشار الحوسبة الكمومية سيستغرق عشرين عامًا على الأقل، إلا أنه من الممكن أن نشهد إطلاق أول حاسوب كمومي تجاري بحلول عام 2030. وهذا أمرٌ بالغ الأهمية، لأنه كما سنرى لاحقًا، بمجرد طرحه في الأسواق، قد يُصبح أول حاسوب كمومي قادرًا على جعل بعض التقنيات الحيوية، مثل التشفير وتقنية سلسلة الكتل (البلوك تشين)، عتيقةً. بعبارة أخرى، ستصبح أساليب الأمن السيبراني الحالية عديمة الجدوى.

علاوةً على ذلك، فإن الإنجازات العلمية الفردية في أبحاث الحوسبة الكمومية لا تقتصر على تشكيل مستقبل الحوسبة فحسب، بل تمتد لتشمل تعميق فهمنا لميكانيكا الكم وطبيعة الكون نفسه.

كيف تعمل الحوسبة الكمومية؟

تستغل الحوسبة الكمومية خصائص المادة الكمومية: فبينما تستخدم الحوسبة التقليدية البتات الثنائية (0 و1)، تستخدم الحوسبة الكمومية جسيمات مثل الإلكترونات والفوتونات، التي تمتلك شحنة أو استقطابًا يسمح لها بالتصرف بين (0 أو 1) أو أي حالة وسيطة أخرى. إن قدرة هذه الوحدات، التي تُسمى الكيوبتات، على التواجد في حالات متعددة في آنٍ واحد، هي ما يمنح الحواسيب الكمومية جزءًا كبيرًا من قدرتها الحاسوبية.

بدأ تطوير نظرية الكم، أو ما يُسمى أيضًا بميكانيكا الكم، في عام 1900 عندما طرح الفيزيائي الألماني ماكس بلانك فكرة أن الطاقة والمادة موجودتان كوحدات منفصلة. وقد أدى العمل الذي قام به علماء آخرون على مدى الثلاثين عامًا التالية إلى الفهم الحديث لنظرية الكم.

تتلخص عناصر نظرية الكم فيما يلي:

• تتكون الطاقة، مثل المادة، من وحدات منفصلة وليست موجات متصلة.
• يمكن للجسيمات الأولية للطاقة والمادة أن تتصرف كجسيمات أو موجات، وذلك تبعًا للظروف.
• حركة الجسيمات الأولية عشوائية بطبيعتها، وبالتالي لا يمكن التنبؤ بها.
• إن القياس المتزامن لقيمتين متكاملتين (مثل موضع الجسيم وزخمه) غير دقيق، فكلما زادت دقة قياس إحدى القيمتين قلت دقة قياس الأخرى.

البتات (Bits) مقابل الكيوبتات (Qubits)

البت أشبه بمفتاح كهربائي، لا يمكن أن يكون إلا في حالة تشغيل أو إيقاف، مثل الصفر أو الواحد. أما الكيوبت فيمكن أن يكون في الحالتين! هذا يعني أن الحواسيب الكمومية قادرة على أداء مهام متعددة في وقت واحد وبسرعة تفوق سرعة الحواسيب التقليدية بكثير. الأمر أشبه بوجود عدة مساعدين يعملون معًا على مهمة واحدة بدلًا من مساعد واحد. لطالما اهتم العلماء بالحواسيب الكمومية، ولكن لم ينجحوا في بناء نماذج أولية عاملة إلا مؤخرًا. تعمل الشركات والباحثون اليوم على تطوير حواسيب كمومية فائقة القدرة.

تستخدم الحواسيب التقليدية البتات (0 أو 1) لمعالجة المعلومات. تُمرر هذه البتات عبر بوابات منطقية، مثل (AND وOR وNOT وXOR)، التي تُعالج البيانات وتُنتج النتيجة المطلوبة. تُصنع هذه البوابات باستخدام الترانزستورات وتعتمد على خصائص أشباه موصلات السيليكون. ورغم كفاءة الحواسيب التقليدية وسرعتها، إلا أنها تُعاني في حلّ مسائل ذات تعقيد أُسّي، مثل تحليل الأعداد الكبيرة إلى عواملها الأولية.

في المقابل، تستخدم الحواسيب الكمومية وحدة تُسمى الكيوبت لمعالجة المعلومات. يُشبه الكيوبت البت، لكنه يمتلك خصائص كمومية فريدة، مثل التراكب والتشابك. هذا يعني أن الكيوبت يُمكن أن يوجد في الحالتين (0 و1) في آنٍ واحد. تُتيح هذه الخاصية للحواسيب الكمومية إجراء بعض العمليات الحسابية بسرعة تفوق سرعة الحواسيب التقليدية بكثير. في الحواسيب الكمومية الحقيقية، يمكن تمثيل الكيوبتات بأنظمة فيزيائية متنوعة، مثل الإلكترونات ذات اللف المغزلي، والفوتونات المستقطبة، والأيونات المحصورة، ودوائر أشباه الموصلات. وبفضل قدرتها على تنفيذ عمليات معقدة بسرعة فائقة، تمتلك الحواسيب الكمومية القدرة على إحداث ثورة في العديد من الصناعات وحل مشكلات كانت تُعتبر سابقًا مستعصية.

ما هي الخصائص الرئيسية للحوسبة الكمومية؟

يلعب كل مبدأ من مبادئ ميكانيكا الكم (التراكب والتشابك) دورًا أساسيًا في عمل الكيوبتات. وهما أهم خصائص الحواسيب الكمومية، إذ يمكّنان من إجراء حسابات معقدة على كميات هائلة من البيانات.

1. التراكب الكمومي

يشير التراكب إلى حقيقة أن الكيوبتات موجودة في آنٍ واحد في جميع الحالات الممكنة حتى نقطة القياس. تخيّل الكيوبت كإلكترون في مجال مغناطيسي. يمكن أن يكون دوران الإلكترون متوافقًا مع المجال (حالة الدوران لأعلى) أو معاكسًا له (حالة الدوران لأسفل). يتم الانتقال من حالة دوران إلى أخرى بنبضة طاقة، مثل نبضة الليزر. إذا استُخدم نصف طاقة الليزر فقط، وعُزل الجسيم عن المؤثرات الخارجية، فإنه يدخل في حالة تراكب، ويتصرف كما لو كان موجودًا في آنٍ واحد في جميع الحالات الممكنة.

بما أن الكيوبتات قادرة على تراكب الحالتين (0 و1)، بالإضافة إلى جميع الحالات الوسيطة، فإن عدد العمليات الحسابية التي يمكن للحاسوب الكمومي إجراؤها هو (2^N)، حيث (N) هو عدد الكيوبتات. ويمكن لحاسوب كمومي مكون من (500 كيوبت) أن يُجري نظريًا (2^500) عملية حسابية في خطوة واحدة، متجاوزًا بذلك قدرات الحواسيب التقليدية.

2. التشابك الكمومي

الجسيمات المتشابكة هي أزواج من الكيوبتات الموجودة في حالة بحيث يؤدي تغيير أحدهما إلى تغيير الآخر مباشرةً. فمعرفة الحالة المغزلية لأحد الجسيمات المتشابكة (أعلى أو أسفل) تكشف عن الحالة المغزلية للجسيم الآخر في الاتجاه المعاكس. علاوة على ذلك، ومن خلال التراكب، تُحدد الحالة المغزلية للجسيم المقاس لحظة القياس وتُنقل إلى الجسيم المتصل به، الذي يتخذ في الوقت نفسه اتجاه الدوران المعاكس.

يسمح التشابك الكمومي للكيوبتات المتباعدة بمسافات كبيرة بالتفاعل بشكل فوري. بغض النظر عن المسافة بينها، تبقى الجسيمات متشابكة طالما أنها معزولة.

يلعب مبدأ ثالث، وهو التداخل الكمومي، دورًا هامًا في كيفية استخدام التراكب والتشابك في الحوسبة. في التداخل الكمومي، تتفاعل الجسيمات دون الذرية وتؤثر على بعضها البعض. يمكن جعل الجسيمات في حالة التراكب تتداخل مع بعضها لزيادة احتمالية ظهور الحالات المطلوبة عند قياس حالتها.

يساهم كل من التراكب الكمومي والتشابك والتداخل في زيادة القدرة الحاسوبية، حيث تزداد السعة بشكل أُسّي مع عدد الكيوبتات.

مع ذلك، تعمل الحواسيب الكمومية الحالية على نطاق أصغر بكثير مما هو ممكن نظريًا، ويرجع ذلك أساسًا إلى أن خصائصها الكمومية عرضة للانهيار بسبب التداخل الناتج عن "الضوضاء"، مثل الاهتزازات أو الإشعاع. لذا، تُسمى المرحلة الحالية من تكنولوجيا الكم بالحوسبة الكمومية متوسطة النطاق الضوضائية (NISQ)، وهو نموذج لبناء حواسيب بعدد قليل من الكيوبتات.

تُعدّ أجهزة (NISQ) مفيدةً للتجارب الكمومية وتطوير الخوارزميات، وقد أسهمت بشكلٍ كبير في تطوير هذه التقنية. مع ذلك، فإنّ حجمها الهائل يحول دون تجاوزها لقوة الحوسبة والجدوى العملية للحواسيب التقليدية، وهو ما يُعرف بالميزة الكمومية، والتي تُمثّل الهدف الأسمى للمطورين.

أنواع تقنيات الكم

قد يكون للعديد من أشكال تقنيات الكم آثارٌ بالغة الأهمية على الحوسبة. فيما يلي بعض الأمثلة:

1. المعالجة الكمومية

تُجرى المعالجة الكمومية حاليًا باستخدام تقنياتٍ مختلفة، منها:

• التلدين الكمومي: تستخدم هذه العملية الكيوبتات فائقة التوصيل، وهي مُخصصة لحلّ مسائل التحسين.
• الحوسبة الكمومية فائقة التوصيل: تُعالج الدوائر الإلكترونية ونبضات الميكروويف الحالات الكمومية للكيوبتات.
• حوسبة الأيونات المحصورة: تُحصر الجسيمات المشحونة لتشكيل كيوبتات، ثم تُعالج هذه الكيوبتات بواسطة الليزر.
• حوسبة الذرات المتعادلة: تُمثل الذرات ذات الشحنة الكهربائية الصفرية كيوبتات، ثم تُعالج هذه الكيوبتات بواسطة الليزر. تُعتبر هذه الطريقة أكثر قابليةً للتوسع من غيرها.
• الحوسبة الضوئية: باستخدام تقنياتٍ مثل مُقسّمات الحزم الضوئية، تُعالج هذه العملية الضوء لتنفيذ البوابات المنطقية، دون الحاجة إلى تبريدٍ مُعقد.
• النقاط الكمومية: تحصر بلورات أشباه الموصلات النانوية الجسيمات المشحونة، مثل الإلكترونات، وتتحكم في حالات الدوران المغزلي للكيوبتات الناتجة. التشفير الكمي

2. التشفير الكمي

هو أسلوب تشفير يستغل الخصائص الطبيعية لميكانيكا الكم لتأمين البيانات ونقلها. يستخدم هذا الأسلوب الفوتونات، التي تمثل البتات الثنائية، لنقل البيانات عبر الألياف الضوئية، على غرار الاتصالات الثنائية التقليدية. مع ذلك، وبسبب ميكانيكا الكم، لا يمكن رصد الخصائص الكمية للفوتونات دون تغييرها أو التأثير عليها، ويستحيل نسخ الجسيمات كاملةً. لذا، لا يستطيع أي متطفل محاولة العثور على مفتاح التشفير دون تنبيه كل من المرسل والمستقبل.

مع ذلك، يمكن أيضًا استخدام الحوسبة الكمية لتجاوز حواجز الأمن السيبراني. تستخدم المؤسسات اليوم أعدادًا أولية كبيرة ومعقدة لتشفير بياناتها، وهي عادةً ما تكون أكبر من أن تتمكن الحواسيب التقليدية من فك تشفيرها. في المقابل، تستطيع الحواسيب الكمية تحليل الأعداد الكبيرة جدًا إلى عواملها الأولية، مما يعني قدرتها على اختراق أنظمة التشفير الحالية بكفاءة.

يمثل هذا التهديد المحتمل من الأساليب الكمومية التأثير الأكبر للحوسبة الكمومية على علم التشفير. تتخذ الشركات بالفعل خطوات لحماية بياناتها واكتساب مرونة تشفيرية، إذ قد لا تعلم متى سيتم استخدام حاسوب كمومي قادر على اختراق أساليب التشفير الحالية ضدها. قد يقوم متسللون بسرقة البيانات الحساسة سرًا دون علم أصحابها. هذا الاحتمال المقلق جعل التشفير ما بعد الكمومي في صميم خطط الحوسبة الكمومية للعديد من المؤسسات. يعمل الكثيرون على تطوير أو دراسة اقتناء خوارزميات مقاومة للهجمات الكمومية.

3. الاستشعار الكمومي

الاستشعار الكمومي هو عملية جمع البيانات على المستوى الذري باستخدام تقنية استشعار قادرة على رصد التغيرات في الحركة والمجالات الكهربائية والمغناطيسية. يُستخدم في التصوير بالرنين المغناطيسي للحصول على نتائج أسرع ودقة أعلى.

4. الشبكات الكمومية

يُستخدم علم ميكانيكا الكم أيضًا لتطوير بنى تحتية شبكية جديدة. في الشبكات الكمومية، تتبادل سلسلة من وحدات المعالجة الكمومية المترابطة (QPUs) الكيوبتات، بينما تُنشئ عُقد الشبكة تشابكًا يُتيح نقل البيانات في الوقت الفعلي. علاوة على ذلك، فإن نظرية عدم الاستنساخ في ميكانيكا الكم (التي تنص على استحالة استنساخ حالة كمومية غير معروفة بشكل كامل) تجعل سرقة البيانات على هذه الشبكات أكثر صعوبة. على الأقل، هذه هي النظرية، ولكن في الوقت الحالي، تقتصر الشبكات الكمومية بشكل أساسي على المختبرات والأنظمة صغيرة الحجم.

مزايا الحوسبة الكمومية

بفضل قدرة الكيوبتات على العمل بالتوازي، تُعدّ الحواسيب الكمومية أكثر كفاءة في استهلاك الطاقة بشكل ملحوظ من الطرق التقليدية لمعالجة البيانات. فبينما تستهلك الحواسيب العملاقة التقليدية الحديثة ما بين (1 و10 ميغاواط) في المتوسط، لا تتطلب معظم الحواسيب الكمومية سوى (25 كيلوواط)، مخصصة أساسًا للتبريد. وفي المستقبل، ومع تطور هذه التقنية، قد ينخفض ​​استهلاكها للطاقة بشكل أكبر.

مع أنه من المستحيل التنبؤ بدقة تامة باستخدامات الحواسيب الكمومية في المستقبل، إلا أنه من المتوقع عمومًا أن تتفوق بشكل كبير على الأساليب التقليدية في أربعة مجالات:

• التحسين: تخيل خوارزميات التحسين الكلاسيكية، التي تحلل مجموعات بيانات ضخمة لتحديد أفضل حل أو عملية من بين عدة خيارات ممكنة، ولكن مُضاعفة عشر مرات. تُعدّ لوجستيات سلسلة التوريد، وعمليات التصنيع، وتخطيط المسارات، مجرد أمثلة قليلة على المجالات التي يُمكن للحواسيب الكمومية أن تُحدث فيها ثورة في الصناعة. على سبيل المثال، استخدمت فولكس فاجن الحواسيب الكمومية لتحسين تدفق حركة المرور خلال مؤتمر رئيسي استمر لعدة أيام في لشبونة.
• المحاكاة: التوأم الرقمي هو في جوهره برنامج حاسوبي يستخدم بيانات من العالم الحقيقي لإنشاء محاكاة قادرة على التنبؤ بأداء منتج أو عملية. من الممكن أن تُتيح الحواسيب الكمومية ليس فقط إنشاء توائم رقمية بشكل أسرع وأكثر كفاءة من الأساليب التقليدية، بل أيضًا نمذجة أنظمة أكبر وأكثر تعقيدًا. على سبيل المثال، يمكن للحاسوب الكمومي محاكاة سلوك الجزيئات بشكل أفضل، مما يُمكّن شركات الأدوية من تطوير الأدوية واختبارها بسرعة وكفاءة أكبر.
• التشفير: يمكن فكّ العمليات الرياضية التي تستند إليها معظم خوارزميات التشفير التقليدية بسهولة بواسطة حاسوب كمومي ذي قدرة كافية. يستخدم التشفير الكمومي مبادئ ميكانيكا الكم لتشفير البيانات ونقلها بطريقة تجعلها غير قابلة للاختراق بواسطة الحاسوب الكمومي.
• الذكاء الاصطناعي والتعلم الآلي: بينما لا يزال الجدل قائمًا حول ما إذا كان الحوسبة الكمومية ستؤدي إلى ذكاء اصطناعي عام (أي خوارزميات ذكاء اصطناعي "أكثر ذكاءً")، فإنها قد تُحسّن أداء الذكاء الاصطناعي على الأقل من حيث السرعة والكفاءة. في الواقع، تدّعي شركة (IBM) أنها وجدت "برهانًا رياضيًا" على تفوّق الكم في التعلم الآلي الكمومي، على الرغم من وجود العديد من التحفظات حول هذه النتائج.

عيوب الحوسبة الكمومية

على الرغم من أن الحوسبة الكمومية قادرة على إحداث ثورة في مجال الحوسبة، إلا أنها تنطوي على عدد من العيوب. من أبرز التحديات والقيود التي تواجه الحوسبة الكمومية ما يلي:

• التشويش وفقدان الترابط: يُعدّ التشويش وفقدان الترابط من أكبر التحديات في بناء الحواسيب الكمومية. فالأنظمة الكمومية شديدة الحساسية لبيئتها، وأي تشويش أو اضطراب قد يؤدي إلى أخطاء حسابية. ولذلك، يصعب الحفاظ على الحالة الكمومية الهشة للكيوبتات وإجراء حسابات دقيقة وموثوقة.
• قابلية التوسع: يُمثّل التوسع تحديًا رئيسيًا آخر. فبناء حاسوب كمومي واسع النطاق يحتوي على عدد كبير من الكيوبتات أمر بالغ التعقيد، إذ يتطلب تحكمًا دقيقًا في عدد كبير من الأنظمة الكمومية. حاليًا، لا يزال عدد الكيوبتات التي يمكن التحكم بها ومعالجتها في المختبر محدودًا للغاية، مما يحدّ من إمكانيات الحوسبة الكمومية.
• تصحيح الأخطاء: يُعدّ تصحيح الأخطاء تحديًا رئيسيًا آخر في الحوسبة الكمومية. في الحوسبة التقليدية، يمكن تصحيح الأخطاء باستخدام رموز تصحيح الأخطاء، أما في الحوسبة الكمومية، فيصعب اكتشاف الأخطاء وتصحيحها نظرًا لطبيعة الأنظمة الكمومية نفسها. نقص الخوارزميات الكمومية الفعّالة: على الرغم من تطوير بعض الخوارزميات الكمومية، إلا أن عددها لا يزال محدودًا، والعديد من المسائل التي يمكن حلها بواسطة الحواسيب التقليدية لا توجد لها خوارزمية كمومية معروفة.
• التكلفة الباهظة: يُعد بناء وصيانة حاسوب كمومي مكلفًا للغاية نظرًا للحاجة إلى معدات متخصصة وكوادر مؤهلة تأهيلاً عاليًا. ومن المرجح أيضًا أن تكون تكلفة بناء حاسوب كمومي واسع النطاق مرتفعة جدًا، مما قد يحد من إمكانية الوصول إلى الحوسبة الكمومية لبعض الفئات أو المؤسسات.
• استهلاك الطاقة: تستهلك الحواسيب الكمومية كميات هائلة من الطاقة نظرًا لضرورة الحفاظ على الحالة الكمومية الدقيقة للكيوبتات. وهذا ما يجعل توسيع نطاق الحوسبة الكمومية إلى أنظمة أكبر أمرًا صعبًا، حيث تصبح متطلبات الطاقة باهظة للغاية.

تمتلك الحواسيب الكمومية القدرة على إحداث ثورة في مجال الحوسبة، ولكنها تنطوي أيضًا على عدد من العيوب. تشمل التحديات والقيود الرئيسية الضوضاء وفقدان الترابط، وقابلية التوسع، وتصحيح الأخطاء، والافتقار إلى خوارزميات كمومية قوية، والتكلفة العالية، واستهلاك الطاقة.

مستقبل الحوسبة الكمومية

يتسم الوضع الحالي للحوسبة الكمومية بمزيج معقد من الادعاءات المتنافسة حول التفوق الكمومي، وسوق مجزأة تضم مطوري وحدات المعالجة الكمومية (QPU) وشركات الأنظمة والبرمجيات التي لا تزال تتعلم كيفية التعاون. وتكثر دراسات الحالة للتطبيقات العملية، لكنها تقتصر عمومًا على عدد قليل من القطاعات، مثل الخدمات المالية والرعاية الصحية، وتركز بشكل ضيق على المشكلات القليلة التي تتفوق فيها الحواسيب الكمومية حاليًا. ويُعد تطوير الخوارزميات الكمومية نهجًا ناشئًا آخر يهدف إلى برمجة الطرق الكمومية على الحواسيب التقليدية؛ إلا أنه يفتقر إلى القدرات الحسابية ومعالجة البيانات الفريدة التي تتيحها ميكانيكا الكم.

ويتوقع محللو تكنولوجيا المعلومات عمومًا عالمًا كموميًا في المستقبل القريب، حيث ستوفر خدمة الحوسبة الكمومية (QaaS) لمعظم العملاء إمكانية الوصول المبدئي إلى الحواسيب الكمومية، بالإضافة إلى منتجات هجينة تجمع بين مزايا الحوسبة التقليدية والكمومية.

وفي الوقت نفسه، يعمل مهندسو الكم بنشاط على زيادة سعة وموثوقية الكيوبتات. يتسارع وتيرة طرح أنظمة ومعالجات الكم الجديدة في الأسواق من قِبل الشركات المصنعة.

لكن متى ستصبح الحوسبة الكمومية متاحة للجميع حقًا؟ تتفاوت الآراء، لكن معظم التقديرات تتراوح بين خمس سنوات وعقدين أو ثلاثة عقود. إذا ما تحقق ذلك، فقد تصبح التطورات التي نشهدها اليوم في مجالات التحسين والمحاكاة والذكاء الاصطناعي والتشفير شائعة.

الخلاصة

تستفيد الحوسبة الكمومية من قوانين ميكانيكا الكم لحل المشكلات المعقدة. وتتوفر تجارياً العديد من الأدوات البرمجية والمادية، مثل منصات الأجهزة الكمومية، ومجموعات تطوير البرمجيات (SDKs)، والمحاكيات، والتي تُمكّن من تنفيذ الخوارزميات الكمومية.