اللغة الثنائية: الرابط الخفي بين العالم الرقمي والحقيقي

أثناء زيارة جاستين ترودو رئيس الوزراء الكندي للمعهد المحيطي للفيزياء النظرية Perimeter Institute for Theoretical Physics، عقد مؤتمرًا صحفيًا أعلن فيه عن مخصصات من الحكومة الكندية لدعم المعهد. وكان ترودو يعلم جيدًا أن الصحفيين سيتجاهلون موضوع المؤتمر ويسألونه عن السياسات العامة للدولة، فطلب بأدب فى بداية المؤتمر أن يسألوه أسئلة تتعلق بموضوع المؤتمر.

وعندما بدأ الصحفيون بتوجيه الاسئلة قال أحد الصحفيين ساخرًا: «كنت أوّد سؤالك عن كيفية عمل الحواسيب الكمّية، لكننى أوّد أن أعرف متى تعتقد أن العمليات العسكرية الكندية ضد داعش مرة أخرى، وهل ستقف كندا متفرجة على ما يحدث».

راوغ جاستن ترودو السؤال ببراعة وبدأ بشرح ماهي الحواسيب الكمّية بدلًا من الإجابة، ليلتقط الإعلام إجابة رئيس الوزراء الدقيقة للغاية في ما هي الحواسيب الكمية؟ وتحصد آلاف المشاركات على مواقع التواصل الاجتماعي.

شرح رئيس الوزراء الفرق بين الحواسيب العادية والكمّية، وعلى الرغم من ملايين المشاهدات للفيديو، فإن كلام ترودو المعقد لم يفهمه البعض، لذلك دعونا نتعمق قليلًا في هذا الشرح ونفهم، ما هو الفرق؟ علينا البدء بشرح بعض المفاهيم الأساسية للكمبيوتر فى البداية.

«البت»

إذا كنت ممن قضوا طفولتهم في مشاهدة مسلسل الكارتون الشهير أبطال الديجيتال Digimon، فلا بد أنك قد سُحرت بسفر أبطال المسلسل إلى عالم الديجيتال أو العالم الرقمي، العالم المذهل الذي كان بداية شغفنا بالتكنولوجيا. على مدار الثلاثة أجزء الأولى التي ينتقل فيها الأبطال بين العالم الرقمي والعالم الحقيقي يكرر الوحوش الرقمية مبادئ الحوسبة للأطفال المتابعين. «في العالم الرقمي كل شيء منطقء ممكن»، يقول أحد الوحوش للأبطال في الجزء الثاني.

وحينما يصل الأبطال للعالم الرقمي في الجزء الثالث يدخلون في اللوحة الأم لأحد أجهزة الحاسوب، تتعجب حنان (ريكا في النسخة الأصلية) مما تراه في سماء العالم الرقمي حيث ترى سلسلة لا نهائية من أرقام الصفر والواحد، فتسأل مرافقتها صفراء (رينامون في النسخة الأصلية) عن هذه الأرقام.

تجيب صفراء: «إنها مسارات المعلومات المشفرة لخوارزميات البرامج في العالم الافتراضي».

دعنا نشرح هذه الجملة المعقدة التي قالتها شخصية كارتونية؛ العالم الافتراضي أو العالم الرقمي، أو عالم الديجيتال هو العالم الموازي لعالمنا، إنه كل البيانات الموجودة على جهازك الشخصي وعلى هاتفك المحمول، إنه البرامج والصور وملفك الشخصي على فيس بوك.

ببساطة، كل ما تراه عبر شاشة هو جزء من هذا العالم. وهو افتراضي لأنه غير ملموس أو محسوس، ورقميّ (ديجيتال) لأنه لا يفهم سوى الأرقام، فلا يحتوي العالم الرقمي على الحروف أو الصور أو غيرها، أنه فقط أرقام، أو للدقة إنه مكون من رقمين فقط هما الصفر والواحد. ولكن لماذا؟ ولماذا الرقمان صفر وواحد؟

فى الحقيقة فإن العالم الافتراضي ليس عالمًا مستقلا بذاته، إنه عالم يعتمد بالأساس على عالمنا الفيزيائي الملموس، يعتمد العالم الافتراضي على نقل البيانات عبر الأسلاك وشرائح السيليكون الخضراء، لذلك فإن المعلومات التي تظهر على شاشة جهازك لابد من طريقة تحولها لشيء يستطيع العبور فى هذه الأسلاك.

الشيء الوحيد الذى يستطيع المرور فى الأسلاك وشرائح السيليكون هو الكهرباء، إذن فلا بد للمعلومات أن تتحول إلى كهرباء، بشكل أو بآخر لابد أن يتحول كل ما يحتويه العالم الرقمي إلى كهرباء. ولكن كيف؟ ببساطة هناك حالتان لا ثالث لهما، الحالة الأولى، أن هناك شحنة كهربائية، والثانية، ليس هناك شحنة كهربائية، والآن لكي نحول هاتين الحالتين إلى بيانات سنعطي كل حالة منهما رقمًا، هنالك شحنة كهربائية يعني أن هذا رقم واحد 1، وليس هنالك شحنة كهربائية يعنى صفرًا. وهذان الرقمان يسميان بالترقيم الثنائي أو باينارى ديجيت Binary Digit أو للاختصار نسميه «بت»، ويربط هذا البت العالم الرقمي بعالمنا الحقيقي.

كل الصور والفيديو ومقاطع الصوت والكلمات، حتى هذا المقال قد تم تحويلها فd مرحلة ما إلى هذه اللغة المكونة من رقمين فقط، ولأننا نقوم بترجمة البيانات إلى هذه اللغة ونعود نحولها مرة أخرى إلى بيانات دعنّا نسميها شفرة وليس لغة، ولكن هل يمكننا فعلًا حفظ معلومات كثيرة أو إرسال رسالة باستخدام رقمين فقط؟

معلومة إثرائية (1): إذا كنت تحلم بالانتقال بين العالم الرقمي والعالم الحقيقي كأبطال الديجيتال فلا تقلق، مع تطور تقنيات مثل الواقع الافتراضي VR وبالابتكارات المختلفة كابتكار لعبة بوكيمون جو غيرها فإن الحواجز بين العالمين تتساقط الواحد بعد الآخر، نظريًا لم يعد هناك الكثير من الحواجز أصلًا!

اقرأ أيضا: مؤتمر مطوري فيسبوك: نحو تواصل مستقبلي افتراضي بالكامل

شفرة مورس مثالًا:

هل تعرف التليغراف؟ كان يعتمد شفرة من حرفين فقط أيضًا نرمز لهما بالشرطة والنقطة، وببساطة كانت كل الرسائل تتحول لهذين الحرفين فقط فمثلًا حرف الألف «أ» يتم تمثيله بشفرة مورس عبر نقطة وشرطة، ولذلك فإن الإجابة ببساطة نعم يمكننا تمثيل الكثير من البيانات عبر رقمين فقط.

بت وبايت

فهمنا حتى الآن أن كل الحواسيب تقوم بتحويل كل البيانات إلى شفرة كهربائية تتكون من إشارتين هما الصفر والواحد، ثم يقوم الكمبيوتر بمعالجة هذه الشفرة لتحويلها للبيانات، لعلك الآن تجد معنى لوظيفة المعالج processor في جهازك وتفهم لماذا تعتمد سرعة جهازك عليه بشكل كبير.

والآن لنأخذ خطوة أعمق في الترقيم الثنائي، سنسمي النظام بالكامل بالنظام الثنائي أو الباينري binary system، وكما شرحنا فإن كل بت يتكون من خانة واحدة ويمكن أن يأتي على احتمال واحد من اثنين إما صفر أو واحد. ماذا إذا أخذنا 2 بت، ما هي الاحتمالات الممكنة التي يأتى فيها 2 بت؟ أربعة احتمالات هي 01 – 10 – 00 – 11، ماذا عن 3 بت؟ يمكن أن تأتى فى 8 أشكال، أو أن لديها 8 احتمالات، أربعة بت لديها 16 احتمال، وخمسة بت لديها 32 احتمالا، ماذا عن ستة بتات؟ سأترك لك التخمين.

ولكنك يمكننا استخدام معادلة بسيطة لمعرفة عدد الاحتمالات الممكنة فى كل بت، وهي أننا نقوم بوضع عدد الاحتمالات الممكنة للبت الواحد ونرفعها لرقم البتات التي نريد معرفة احتمالاتها الممكنة لتكون شكل المعادلة كالآتى:

ألا يذكرك هذا النمط من الاأقام بشيء ما؟ 16، 32، 64 ، 128 ، 256 ، 512 ، 1024، أجل إنه نفس نمط أحجام الهارد ديسك المختلفة، وسعة الذاكرة العشوائية (الرام) وكذلك قوة كارت الشاشة (فيجا) الخاص بك، وكذلك سرعات الإنترنت المختلفة، إنها ليست أرقاما عشوائية بالتأكيد، إنها تأتي من مضاعفات البت الواحد، أو من مضاعفات هذا النظام الثنائي.

ولأن النظام الثنائى يتكون من اثنين بت، سنقوم بتسمية كل 8 بتات بالبايت، وكما نعرف كل 1000 من أي وحدة قياس يسمى كيلو، ولكن كما شرحنا فإن الألف بايت لا يمكن أن يأتي منفردًا فلابد أن يكون أحد نواتج المعادلة السابقة، لذلك فإن الكيلو بايت هو ١٠٢٤ بايت، والميجا بايت ١٠٢٤ كيلو بايت وهكذا.

معلومة إثرائية (2): يحدث دومًا خلط بين البايت والبت، تعرف شركات الإنترنت هذا جيدًا لذلك تجد في إعلانات بعض الشركات أنهم سيعطونك سرعة إنترنت تصل إلى ١ ميجا دون ذكر هل هي ميجا بايت أم ميجا بت، عادة فإن الشركات تقصد ميجا بت، لذلك فلا تنخدع بالسرعة العالية فالميجا بت هي مليون بت ولكنها تعني 125 كيلو بايت فقط!

معلومة إثرائية (3): إذا كنت ممن حضروا أجهزة الكمبيوتر حين كان الماوس والكيبورد لديهما الكابلات الخاصة بهما قبل انتشار الناقل المتسلسل العام USB فستتذكر أن كابل الماوس أو الكي بورد ينقسم من الداخل إلى ثمانية أسلاك مختلفة، كل سلك يحمل إشارة كهربائية واحدة تتصل باللوحة الأم. أي أننا يمكن أن نقول إن كل سلك من الثمانية ينقل للوحة الأم واحد بت، أي أن كابل الماوس يقوم بنقل بيانات من الماوس إلى اللوحة الأم قدرها واحد بايت، وهذا يعنى أن كل ضغطة من الماوس الخاص بك تأخذ مساحة قدرها واحد بايت من المعالج الخاص بجهازك، تقوم الأسلاك بتحويل ضغطتك إلى شحنة كهربائية، أو بمعنى آخر تقوم بتحويل الكليك الخاص بك إلى النظام الثنائي، ويقوم المعالج بفهم الضغطة بناء على الشحنة التي وصلته من الماوس، ليقوم بتحويلها لأمر يجعل الماوس يضغط على شاشة جهازك.

وماذا عن الكمبيوتر الكمّى؟

الآن وقد فهمت كيف يعمل الكمبيوتر العادي الذي قارنه جاستن ترودو بالكمبيوتر الكمّي، فما هو الكمبيوتر الكمّي، أو الكمبيوتر الخارق؟ إنه ببساطة كمبيوتر يعمل بمعالج لا يعتمد على سريان الشحنّات الكهربائية، بل يعتمد على مبادئ ميكانيكا الكمّ وظواهرها، فيحسب المعالج ظواهر أخرى مثل التراكب الكمّى للمواد الفيزيائية، أو التشابك الكمي لها، وبذلك فإننا بدلًا من أن نعتمد على رقمين فقط فى معالجة البيانات فإن لدينا أشياء أخرى كثيرة يمكننا تحويلها لبيانات وتحويل البيانات لها، أو بمعنى آخر فشفرة هذا الحاسب الشفرة التي نستخدمها للبيانات لها حروف وإشارات أكثر، فبالتالي فإننا حين نشفر البيانات يتم إنتاجها بشفرة أقصر، ببساطة الكمبيوتر الكمّي هو كمبيوتر يجعل البوابة بين عالمنا الحقيقي والعالم الرقمي أوسع بكثير.

خاتمة

هل تتساءل الآن كيف تتحول الصور، ومقاطع الموسيقى المفضلة لديك إلى رقمين فقط على جهازك؟ أو حتى كيف تتحول الحروف والأرقام إلى صفر وواحد؟ تعلمنا من أبطال الديجيتال أن العالم الرقمي هو عالم منطقي لذلك فإن كل تشفير يعتمد على منطق معين، ما هو هذا المنطق إذن؟ ربما يكون هذا موضوع مقال قادم إذا تحمّس القرّاء لقراءة مثل هذا الشرح، اترك لنا تعليقًا إذا أردت ذلك.