Katia Moskvitch

قبل 19 فبراير 2025، لم يكن معظم الناس قد سمعوا باسم Majorana. في ذلك اليوم، أعلنت Microsoft أنها ابتكرت أول شريحة تعمل بـ “كيوبتات طوبولوجية”. وقالت الشركة إن هذه الكيوبتات “البتات الكمومية” بنيت حول جسيمات بعيدة المنال تسمى “فرميونات Majorana”، والتي سميت على اسم الفيزيائي الإيطالي إيتوري مايورانا.

تعتمد أجهزة الكمبيوتر الكمومية على كيوبتات تقوم بترميز 0 و 1 من المعلومات، ولكنها تستخدم أيضًا خصائص غريبة للذرات وجسيمات أخرى من العالم المجهري لحل المشكلات الرياضية المعقدة التي قد يواجه الكمبيوتر التقليدي صعوبة في حلها، أو لحلها بشكل أسرع بكثير. يعد نهج الكيوبتات الطوبولوجية من Microsoft مجرد واحد من الطرق التي تتبعها الشركات والأوساط الأكاديمية لبناء هذه الآلات المستقبلية.

بمجرد تطويرها بالكامل، يجب أن تتفوق أجهزة الكمبيوتر الكمومية في المهام التي تحتاج إلى المرور عبر عدد كبير من الاحتمالات للعثور على الخيار الأفضل. لنفترض أن إحدى شركات الطيران ترغب في حساب أفضل مسار بين سيدني ونيويورك من خلال تحسين استخدام الوقود للطائرة ومدة الرحلة. سيكون الكمبيوتر الكمومي قادرًا على استعراض العديد من السيناريوهات المختلفة بسرعة والعثور على الخيار الأفضل. وينطبق الشيء نفسه إذا احتاجت شركة أدوية إلى إنشاء جزيء جديد عن طريق وضع الذرات بالطريقة الصحيحة تمامًا أثناء عملية تطوير دواء جديد.

مواد جديدة، وتنبؤات أفضل حول تقلبات الأسواق المالية، وتصنيع وتصميم محسّنين، تتمتع أجهزة الكمبيوتر الكمومية بالقدرة على فتح الكثير من الأبواب الجديدة للشركات في جميع أنحاء العالم. يجب أن يعزز الذكاء الاصطناعي قدرات الحوسبة الكمومية بشكل أكبر.

حققت العديد من شركات التكنولوجيا، بما في ذلك Google و IBM و Microsoft و Quantinuum و IonQ و PsiQuantum، بالإضافة إلى مختبرات الجامعات حول العالم، تقدمًا ملحوظًا في الأجهزة والبرامج والخوارزميات الكمومية على مدار العقد الماضي. إذا كان إعلان Microsoft عن Majorana هو الاختراق الذي تقول الشركة إنه كذلك، فقد يؤدي ذلك إلى تسريع الجدول الزمني لتطوير أجهزة كمبيوتر كمومية تعمل بكامل طاقتها. يعتقد الباحثون أن الأجهزة القائمة على Majorana ستكون أسهل في التوسع من التقنيات الأخرى وأقل عرضة للأخطاء.

على الرغم من أن بعض الباحثين لا يزالون غير مقتنعين ببعض عناصر أخبار Majorana من Microsoft، فقد ارتفعت أسهم شركات الحوسبة الكمومية في الأيام التي أعقبت الإعلان. بشكل عام، بدأ الأشخاص في المؤتمرات والفعاليات التي كانت مرتبطة ولو عن بعد بالمناقشات المتعلقة بالكم، في إقحام مصطلح “فرميونات مايورانا” في المحادثات بشكل عرضي.

لن تحل أجهزة الكمبيوتر الكمومية محل أجهزة الكمبيوتر التقليدية، ولكنها قد تتفوق عليها في مهام معينة. على وجه التحديد، فإنها تعد بأن تكون مفيدة بشكل خاص في الطب والكيمياء وعلوم المواد والتمويل والتصنيع. لا عجب أن الحكومات والأوساط الأكاديمية والشركات الخاصة تستثمر في هذه التكنولوجيا وترعى المواهب اللازمة لبناء كمبيوتر كمومي كامل النطاق.

ولكن هناك حاجة إلى المزيد من هذا النوع من الاستثمار والدعم. في حين أن الوعي الكمي يبدو في ازدياد على مستوى العالم، يجب علينا تعزيز مستوى الفهم حول أين نحن في هذه التكنولوجيا، ومدى قربنا من الميزة الكمومية، وهي عندما يكون الكمبيوتر الكمومي قادرًا على حل مشكلة حقيقية ذات مغزى في العالم الحقيقي لا يستطيع الكمبيوتر التقليدي حلها.

الحوسبة الكمومية: من الموصلية الفائقة إلى الأيونات والضوء

في حين أن العمل على نظرية المعلومات الكمومية بدأ في الستينيات، إلا أن إمكانية بناء أجهزة كمبيوتر كمومية بالفعل نوقشت لأول مرة بعد عقدين من الزمن. في عام 1980، وصف الفيزيائي الأمريكي بول بينيوف والرياضي الروسي يوري مانين، اللذان يعملان بشكل مستقل، رياضيًا إمكانية إنشاء آلة من شأنها تسخير قوانين ميكانيكا الكم. في عام 1982، ذهب الفيزيائي الأمريكي ريتشارد فاينمان بالمناقشة إلى أبعد من ذلك من خلال ورقة بحثية تجادل بأنه سيتطلب جهاز كمبيوتر كمومي لمحاكاة تعقيد الطبيعة بشكل فعال. دفع هذا الباحثين إلى البدء في وضع النظرية موضع التنفيذ.

في هذه الأيام، تراهن Google و IBM و Rigetti Computing وعدد قليل من الشركات الأخرى على الكيوبتات فائقة التوصيل. يعتمد هذا النهج على الدوائر الكهربائية المصنوعة من مادة فائقة التوصيل، حيث تنخفض المقاومة عند درجة حرارة حرجة معينة إلى ما يقرب من الصفر، مما يزيد من الموصلية بشكل كبير.

في نوفمبر 2024، في مؤتمر مطوري الكم الخاص بها، كشفت IBM عن الجيل الثاني من شريحة Heron الخاصة بها، والتي تضم 156 كيوبتًا وتستخدم بالفعل من قبل عملائها على مستوى العالم. وفقًا لخريطة طريق IBM الكمومية، فإنها تخطط لتطوير كمبيوتر كمومي يعمل بكامل طاقته وقادر على تحمل الأخطاء بحلول عام 2029. وهي تتخذ خطوات ملموسة في هذا الاتجاه من خلال العمل على قمع الأخطاء وتوسيع نطاق التكنولوجيا بشكل أكبر.

في ورقة بحثية حديثة لشركة IBM، على سبيل المثال، وصف الباحثون كيف تفوق جهاز كمبيوتر كمومي على جهاز تقليدي في عدد قليل من التطبيقات المتخصصة، وهو دليل على ما تسميه IBM “المنفعة الكمومية”، أو أجهزة الكمبيوتر الكمومية التي تقوم بعمل علمي مفيد يتجاوز الحساب الكلاسيكي بالقوة الغاشمة. هذا الأخير هو طريقة لحل المشكلات في الحوسبة الكلاسيكية تتضمن اختبار كل حل ممكن حتى يتم العثور على الإجابة الصحيحة، مقابل نهج كمي يمكنه اختبار العديد من الحلول في وقت واحد.

وفي الوقت نفسه، أثارت Google الكثير من الإثارة في العام الماضي من خلال ورقة بحثية وصفت كيف حقق علماؤها معدلات خطأ منخفضة للغاية على شريحة الكم الخاصة بها، Willow. وقد تم الإشادة بالورقة باعتبارها خطوة مهمة إلى الأمام من قبل العديد من الباحثين حول العالم، وهذا عن حق. يعد تصحيح الأخطاء جهدًا كبيرًا في جميع أنحاء الصناعة، حيث يعمل العديد من الشركات والخبراء الأكاديميين بجد لإنشاء كيوبتات من شأنها أن تعطي مخرجات خالية من الأخطاء، والمعروفة أيضًا باسم الوصول إلى “دقة عالية”.

ويبدو أن هذه الجهود تؤتي ثمارها. يتم الإبلاغ عن جودة الكيوبت من قبل مختلف اللاعبين في الصناعة والأوساط الأكاديمية على أنها تتحسن بشكل متزايد. على سبيل المثال، يتمتع Ocelot الخاص بخدمة Amazon Web Service “AWS”، الذي تم إطلاقه في عام 2025، بقدرات تصحيح الأخطاء المدمجة فيه منذ البداية، وفقًا للشركة. تعتمد الشريحة على “الكيوبت القط”، الذي سمي على اسم تجربة قطة شرودنجر الشهيرة التي يتم فيها قمع أنواع معينة من الأخطاء بشكل جوهري بحيث يسهل تصحيح أي أخطاء متبقية قد تظهر.

هناك أيضًا طرق أخرى للحوسبة الكمومية. تقوم شركات مثل Quantinuum و IonQ باحتجاز الأيونات بالليزر لصنع كيوبتات وقد حققت نتائج عالية الدقة إلى حد ما. ومع ذلك، فإن العمليات التي تتم باستخدام الأيونات المحتجزة أبطأ من العمليات التي تتم باستخدام الكيوبتات فائقة التوصيل، لذلك تعمل هذه الشركات أيضًا على تحسين السرعة.

تستكشف Xanadu و PsiQuantum و Pasqal وعدد قليل من الشركات الأخرى بناء أجهزة كمبيوتر كمومية باستخدام “الفوتونات”، أي المراهنة على الضوء لمعالجة البيانات. على سبيل المثال، كشفت Xanadu للتو عن نظام جديد يسمى Aurora. تصف الشركة هذا بأنه أول كمبيوتر كمومي ضوئي يمكنه العمل على نطاق واسع، مع وجود عدة وحدات مترابطة عبر كابلات الألياف الضوئية.

في غضون ذلك، ادعت D-Wave مؤخرًا أنها حققت التفوق الحسابي “عندما يمكن لجهاز كمبيوتر كمومي حل مشكلة لا يمكن لجهاز تقليدي حلها” في المحاكاة الكمومية، وهو إعلان تتنازع عليه الآن مجموعتان بحثيتان. وقالت الشركة إن أجهزة الكمبيوتر الكمومية Advantage الخاصة بها يمكنها محاكاة خصائص المواد المغناطيسية، وهي مشكلة قد تستغرق آلاف السنين حتى يتمكن جهاز كلاسيكي من حلها.

ثم هناك شركات مثل Nvidia، التي تستخدم تقنيات بما في ذلك الخوارزميات المدفوعة بالذكاء الاصطناعي لتعزيز موثوقية الأنظمة الكمومية. يتضمن نهج Nvidia محاكاة رموز تصحيح الأخطاء الكمومية وتحسين استراتيجيات تخفيف الأخطاء. هذا ضروري لبناء أجهزة كمبيوتر كمومية قادرة على تحمل الأخطاء، والتي تستمر في العمل بشكل صحيح حتى في وجود الأخطاء.

وهذا يعيدنا إلى فرميونات Majorana المراوغة من Microsoft، والتي لم تقدم الشركة بعد دليلًا يرضي منتقديها. حتى إذا لم يتحقق هذا الاختراق بالذات، يجب أن نستمر في دفع الحوسبة الكمومية إلى الأمام. إذا كان اللاعبون الكموميون على حق، فقد يصبح الكمبيوتر الكمومي العامل بكامل طاقته والقادر على تحمل الأخطاء حقيقة واقعة في غضون عقد من الزمن.

هل العالم مستعد للحوسبة الكمومية؟

على الرغم من تزايد الوعي العام بالحوسبة الكمومية، لا تزال معظم الشركات لديها فهم ضئيل للغاية للمزايا التي يمكن أن تجلبها عبر العديد من الصناعات. لذلك، بينما نقوم ببناء التكنولوجيا، نحتاج أيضًا إلى التركيز على إنشاء اقتصاد كمي.

سيتطلب ذلك استثمارًا، عامًا وخاصًا على حد سواء، حتى يتمكن البحث من الاستمرار في مختبرات الصناعة وفي الأوساط الأكاديمية، وكذلك من خلال الشراكات بين القطاعين العام والخاص. وفقًا لأبحاث من Accenture، لا يزال مقدمو الخدمات واسعة النطاق في العالم “مقدمو كميات هائلة من قوة الحوسبة والتخزين” هم المستثمرين الرئيسيين في الحوسبة الكمومية. إنهم يرون هذه التكنولوجيا الناشئة على أنها الحدود التالية عندما يتعلق الأمر بالحوسبة السحابية ويهدفون إلى أن يكونوا في طليعة التحول العالمي الذي تغذيه الكم.

ويجب علينا أيضًا رفع مستوى الوعي بفوائد الكم في وقت مبكر من المدرسة الابتدائية، وترسيخ هذا الفهم في المدرسة الثانوية والجامعة، ثم متابعة ذلك بتدريب مخصص في مكان العمل.

هذه هي الطريقة لرعاية أفضل المواهب في المستقبل الكمي، ليس فقط المبرمجين ولكن أيضًا الرؤساء التنفيذيين المستقبليين في مجموعة من الصناعات. إذا تمكنوا من رؤية إمكانات هذه التكنولوجيا للأعمال، فسيساعد ذلك العالم على الاستفادة من الميزة الكمومية.

إعداد: وحدة الترجمات بمركز سمت للدراسات
المصدر: World Economic Forum