🔬

quantum-state-simulator

An interactive educational simulator for visualizing and manipulating quantum states on the Bloch sphere. Users can apply quantum gates, create superposition and entanglement, and observe how quantum state vectors evolve in real-time, building intuition for the mathematics of quantum computing.

🔬 جرب الآن

ما هذا؟

🎯 نصائح المحاكي

📚 المصطلحات

Qubit
الوحدة الأساسية للمعلومات الكمومية، وهي نظام كمي ثنائي المستوى يمكن أن يتواجد في تراكب |0> و |1> بسعات احتمالية معقدة.
Bloch Sphere
كرة وحدة في ثلاثة أبعاد تستخدم لتمثيل الحالة النقية للكيوبت الواحد هندسيًا، حيث يتوافق القطبان الشمالي والجنوبي مع |0> و |1> على التوالي.
Superposition
مبدأ ميكانيكا الكم هو أن النظام الكمي يمكن أن يوجد في مزيج خطي من حالات أساس متعددة في وقت واحد، ولا ينهار إلى حالة محددة إلا عند القياس.
Entanglement
ارتباط كمي بين اثنين أو أكثر من الكيوبتات، حيث لا يمكن وصف الحالة الكمومية للنظام المركب بشكل مستقل لكل كيوبت، وهو ما أطلق عليه أينشتاين اسم "الحركة الشبحية عن بعد".
Hadamard Gate
بوابة كمومية أحادية البت الكمي تخلق تراكبًا متساويًا: H|0> = (|0>+|1>)/sqrt(2) وH|1> = (|0>-|1>)/sqrt(2). هندسيًا، هو دوران بمقدار 180 درجة حول المحور X+Z على كرة بلوخ.
Pauli X Gate
بوابة NOT الكمومية التي تقلب |0> إلى |1> وبالعكس. على كرة بلوخ، هناك دوران بمقدار 180 درجة حول المحور السيني.
Pauli Y Gate
بوابة ذات بت كمي واحد تؤدي دورانًا بمقدار 180 درجة حول المحور Y على كرة بلوخ، وتجمع بين عمليات قلب البت وقلب الطور.
Pauli Z Gate
بوابة أحادية البت الكمي تطبق انعكاس الطور: Z|0> = |0> وZ|1> = -|1>. على كرة بلوخ، هناك دوران بمقدار 180 درجة حول المحور Z.
CNOT Gate
بوابة NOT التي يتم التحكم فيها، وهي بوابة ثنائية الكيوبت تقلب الكيوبت المستهدف إذا وفقط إذا كان كيوبت التحكم هو |1>. ضروري لخلق التشابك وتنفيذ خوارزميات الكم.
Probability Amplitude
عدد مركب يعطي معامله التربيعي احتمالية قياس نتيجة معينة. على عكس الاحتمالات الكلاسيكية، يمكن أن تتداخل السعات بشكل بناء أو هدام.
Measurement
عملية مراقبة النظام الكمي، والتي تتسبب في انهيار الحالة من التراكب إلى حالة أساس محددة مع احتمالية تحددها السعة المربعة.
Quantum Gate
عملية وحدوية مطبقة على الكيوبتات التي تحول الحالة الكمومية بطريقة عكسية، مماثلة للبوابات المنطقية في الحوسبة الكلاسيكية ولكنها تعمل على مساحات الحالة المستمرة.
Fidelity
مقياس لمدى قرب حالتين كموميتين، تتراوح من 0 (متعامد) إلى 1 (متطابق). يستخدم لقياس العمليات الكمومية وتوصيف الضوضاء في الأجهزة الكمومية.
Hilbert Space
الفضاء الرياضي لجميع الحالات الكمومية الممكنة، وهو فضاء متجه معقد مع منتج داخلي. بالنسبة إلى عدد n من البتات الكمومية، فهي مساحة هيلبرت المعقدة ذات الأبعاد 2^n.
Unitary Matrix
مصفوفة معقدة U تُرضي U*U_dagger = I (الهوية)، تمثل العمليات الكمية القابلة للعكس. يتم وصف جميع البوابات الكمومية وتطور الزمن بواسطة المصفوفات الوحدوية.
Bell State
واحدة من أربع حالات ثنائية الكيوبت ذات الحد الأقصى للتشابك والتي تشكل أساسًا لفضاء هيلبرت ثنائي الكيوبت، وهو أمر أساسي في النقل الآني الكمي، والتشفير فائق الكثافة، والبروتوكولات الكمومية القائمة على التشابك.
Quantum Circuit
سلسلة من البوابات الكمومية المطبقة على الكيوبتات، تمثل حسابًا كميًا كمخطط يتدفق من اليسار إلى اليمين، مشابهًا لمخططات الدوائر المنطقية الكلاسيكية.
Quantum Teleportation
بروتوكول ينقل الحالة الكمية من كيوبت إلى آخر باستخدام التشابك المشترك والتواصل الكلاسيكي، دون نقل الكيوبت فعليًا.
No-Cloning Theorem
نتيجة أساسية في ميكانيكا الكم تثبت أنه من المستحيل إنشاء نسخة متطابقة من حالة كمومية عشوائية غير معروفة، وهو حجر الزاوية في التشفير الكمي.
Born Rule
القاعدة التي تنص على أن احتمالية قياس نتيجة معينة هي المعامل التربيعي لسعة الاحتمال المقابلة، مما يربط الشكل الرياضي للحالات الكمومية بالتنبؤات التي يمكن ملاحظتها.
Quantum Register
مجموعة من البتات الكمومية التي تشكل معًا حالة كمومية متعددة البتات الكمومية، تُستخدم لتشفير مدخلات ومخرجات الخوارزميات الكمومية. يوجد سجل n-qubit في فضاء هيلبرت ثنائي الأبعاد.
Phase
وسيطة (زاوية) سعة الاحتمالية المعقدة، والتي تؤثر على تأثيرات التداخل ولكنها لا تؤثر على احتمالية القياس لكيوبت واحد. المراحل العالمية لا يمكن ملاحظتها. المراحل النسبية لها معنى جسديا.
T Gate
بوابة أحادية الكيوبت تطبق مرحلة pi/4 على الحالة |1>، وهي ضرورية لتحقيق الحساب الكمي الشامل عند دمجها مع بوابات Hadamard وCNOT.
Quantum Error Correction
تقنيات لحماية المعلومات الكمومية من الضوضاء وفك الترابط عن طريق تشفير الكيوبتات المنطقية في كيوبتات فيزيائية متعددة، واكتشاف الأخطاء وتصحيحها دون قياس الحالة الكمومية مباشرة.
Toffoli Gate
بوابة ثلاثية الكميات (يتم التحكم فيها - NOT) تقلب البت الكمي المستهدف فقط عندما تكون كلا البتات الكمومية للتحكم |1>. عالمي للحسابات العكسية الكلاسيكية ومفيد في تصحيح الأخطاء الكمومية.
Quantum Process Tomography
التوصيف التجريبي للعملية الكمومية (بوابة أو قناة) من خلال تطبيقها على مجموعة من حالات الإدخال المعروفة وإجراء التصوير المقطعي للحالة على المخرجات، وإعادة بناء مصفوفة العملية الكاملة.
Schmidt Decomposition
طريقة للتعبير عن أي حالة كمية ثنائية نقية كمجموع منتجات الحالات المتعامدة، مما يكشف عن بنية التشابك. عدد معاملات شميدت غير الصفرية يقيس بعد التشابك.
Quantum Fidelity
التداخل بين حالتين كموميتين، F(rho, sigma) = (Tr sqrt(sqrt(rho) sigma sqrt(rho)))^2، لقياس مدى قرب الحالة المعدة تجريبيًا من الحالة المستهدفة. الإخلاص 1 يعني الاتفاق التام.

🏆 شخصيات رئيسية

Felix Bloch (1946 (Bloch sphere), 1952 (Nobel Prize))

قدم تمثيل كرة بلوخ للحالات الكمية المغزلية 1/2 وطور تقنيات الرنين المغناطيسي النووي (NMR). حصل على جائزة نوبل في الفيزياء للقياسات الدقيقة للعزوم المغناطيسية النووية.

Paul Dirac (1928-1933)

طور الشكليات الرياضية لميكانيكا الكم بما في ذلك تدوين bra-ket، ومعادلة ديراك لميكانيكا الكم النسبية، والعمل التأسيسي في نظرية المجال الكمي. يظل تدوينه هو اللغة القياسية للحوسبة الكمومية.

John von Neumann (1927-1932)

قدم الأساس الرياضي الصارم لميكانيكا الكم باستخدام فضاءات هيلبرت، وقدم شكلية مصفوفة الكثافة للحالات المختلطة، وأنشأ النظرية الرياضية لقياس الكم.

Richard Feynman (1982)

اقترح فكرة الحواسيب الكمومية في عام 1982، بحجة أن محاكاة الأنظمة الكمومية تتطلب أجهزة كمومية، مما حفز بشكل مباشر مجال الحوسبة الكمومية والحاجة إلى فهم الحالات الكمومية حسابيًا.

David Deutsch (1985)

إضفاء الطابع الرسمي على مفهوم الكمبيوتر الكمي العالمي وتطوير أول خوارزمية كمومية (خوارزمية دويتش)، مما يدل على أنه يمكن تسخير الحالات الكمومية لتحقيق ميزة حسابية.

Peter Shor (1994)

تم تطوير خوارزمية Shor لتحليل الأعداد الكبيرة بشكل أسرع بشكل كبير على الكمبيوتر الكمي، مما يوفر الدليل المبكر الأكثر إقناعًا على الميزة الحسابية الكمومية وتحفيز الاستثمار الضخم في الحوسبة الكمومية.

Werner Heisenberg (1925-1927)

ميكانيكا المصفوفة المصاغة، أول صياغة رياضية كاملة لميكانيكا الكم، ومبدأ عدم اليقين الذي يحد بشكل أساسي من المعرفة المتزامنة للأشياء الكمومية المرصودة.

🎓 مصادر التعلم

💬 رسالة للمتعلمين

{'encouragement': 'Quantum states might seem abstract at first, but the Bloch sphere turns complex mathematics into something you can see and touch. Every time you apply a gate and watch the state vector rotate, you are building the intuition that quantum physicists develop over years of study.', 'reminder': 'The quantum computing industry is growing exponentially, and understanding quantum states is the foundation of everything from quantum algorithms to quantum error correction. The skills you build here will be increasingly valuable in the decades ahead.', 'action': 'Start by putting a qubit in the |0> state and applying a Hadamard gate to see superposition in action. Then try different gate combinations and observe how the Bloch vector moves. Challenge yourself to predict where the state will end up before you apply each gate.', 'dream': 'We dream of a future where a student in a rural school anywhere in the world can learn quantum computing with the same quality tools available at MIT or Stanford, and where the quantum workforce reflects the diversity of all humanity.', 'wiaVision': 'WIA Book envisions a world where quantum literacy is universal. Through free, interactive simulators available in 206 languages, we are building bridges between the quantum frontier and every curious mind on Earth.'}

ابدأ الآن

مجاني، بدون تسجيل

ابدأ الآن →