La الحوسبة الكمومية لقد كان العالم يعد بثورة تكنولوجية منذ سنوات، ولكن حتى الآن بدا الأمر وكأنه حلم بعيد المنال. لقد اتخذت شركة مايكروسوفت خطوة حاسمة نحو جعل هذا حقيقة واقعة من خلال إطلاق شريحة ماجورانا 1 الكمومية، وهو ابتكار من شأنه أن يغير المشهد العلمي والصناعي والتكنولوجي بشكل كامل في السنوات القادمة.
الشيء الأكثر إثارة للإعجاب في Majorana 1 ليس فقط قوتها أو قدراتها، بل حقيقة أنها بُني على حالة جديدة من المادة التي تحولت من كونها نظرية إلى حقيقة ملموسة: الموصلية الفائقة الطوبولوجية. وتضع هذه الظاهرة، إلى جانب التقدم في الهندسة المعمارية الكمومية والمواد والقياس الرقمي، شركة مايكروسوفت في طليعة السباق لبناء جهاز كمبيوتر كمي موثوق به وقابل للاستخدام وقابل للتطوير.
نهج جديد: كيوبتات طوبولوجية وهندسة قابلة للتطوير
يعتمد جوهر شريحة Majorana 1 على كيوبتات طوبولوجية، فئة مختلفة تماما عن المكدسة تقليدي. على عكس الطرق التقليدية، يعتمد هذا النوع من البتات الكمومية على مبادئ ميكانيكا الكم المتقدمة مثل التكافؤ وأوضاع الصفر الماجورانا (MZM). وهذا يسمح تمثيل المعلومات الكمية وحمايتها بمقاومة استثنائية للأخطاء ناجمة عن البيئة.
أحد الإنجازات العظيمة التي حققها فريق مايكروسوفت هو إثبات قدرته على إنشاء ومراقبة جزيئات الماجورانا هذه بشكل موثوق. وهو تقدم كان من الممكن تحقيقه من الناحية النظرية حتى وقت قريب، لكنه لم يكن قابلاً للتنفيذ عملياً. لقد أصبح هذا ممكنًا بفضل إنشاء "موصل طوبوغرافي"، وهو مادة هجينة مكونة من زرنيخيد الإنديوم والألومنيوم، تم تطويرها ذرة بذرة لتحقيق أعلى درجة من الدقة.
لا تحتوي هذه الشريحة على وحدات كيوبت وظيفية فحسب، بل تحتوي أيضًا على جميع الإلكترونيات التحكمية اللازمة لتوسيع نطاق النظام إلى مليون وحدة كيوبت داخل شريحة واحدة. كل هذا في واحد حجم مضغوط، ما يعادل ورقة ملاحظة. ويجعل هذا المستوى من التكامل من الممكن نشره في مراكز البيانات مثل Azure من Microsoft.
حالة جديدة للمادة: الموصلية الفائقة الطوبولوجية
العنصر المميز لهذا الجيل الجديد من الرقائق الكمومية هو أنها تعتمد على حالة جديدة للمادة. نحن لا نتحدث عن المواد الصلبة أو السائلة أو الغازية أو البلازما، ولكن عن الموصلية الفائقة الطوبولوجية، وهي حالة نظرية حتى وقت قريب، تجمع بين خصائص الموصلية الفائقة وتلك المستمدة من الحالات الطوبولوجية للمادة.
بفضل هذه المكانة الخاصة، يمكن للمواد توصيل الكهرباء دون مقاومة مع حماية المعلومات الكمية من التداخل الخارجي.. ويؤدي هذا إلى إنتاج كيوبتات أكثر استقرارًا، مع معدلات خطأ أقل وحاجة أقل لآليات تصحيح الأخطاء المعقدة، وهي واحدة من الحواجز الرئيسية الحالية في الحوسبة الكمومية.
وقد تم التحقق من سيطرة هذه الدول في دراسة تمت مراجعتها من قبل النظراء ونشرت في مجلة Nature، والذي يقدم الدعم العلمي لهذه الإنجازات المعقدة والطموحة.
من الفيزياء إلى التطبيق: خريطة طريق إلى مليون كيوبت
ماجورانا 1 ليست مجرد تجربة معزولة، ولكنها جزء من خريطة طريق واضحة وضعتها مايكروسوفت لتحقيق جهاز كمبيوتر كمي مفيد ومقاوم للأخطاء. وقد قامت مايكروسوفت بالفعل بدمج ثمانية كيوبتات طوبولوجية على شريحة واحدة، والهدف هو تحقيق مجموعات قابلة للتطوير مع الملايين منها.
الهدف التالي على هذا الطريق هو تنفيذ نظام قائم على التترون، هياكل مكونة من أربعة جسيمات ماجورانا والتي تشكل كيوبت منطقي أكثر قوة. يمكن دمج هذه الوحدات في مصفوفات كهيكل 4×2 لتنفيذ تصحيح الخطأ الكمي باستخدام تقنيات القياس المستمر.
الميزة العظيمة للبتات الكمومية الطوبولوجية هي أنها تحتاج إلى تصحيحات أقل. وهذا يعني أن الموارد المادية اللازمة للحصول على نظام وظيفي أصغر بكثير. وتقدر شركة مايكروسوفت أن أكوادها الكمية المخصصة تقلل تكاليف المعالجة بعامل 10 مقارنة بالبدائل الحالية.
التأثير الحقيقي: من الكيمياء الكمومية إلى هندسة المواد
يمكن لجهاز كمبيوتر كمي يحتوي على مليون كيوبت حل المشكلات التي أصبحت مستحيلة اليوم، حتى بالنسبة لجميع أجهزة الكمبيوتر العملاقة في العالم التي تعمل معًا. وتشمل المجالات التي يمكن أن تستفيد بشكل مباشر من هذا المشروع الكيمياء، وعلوم المواد، والطب، والبيئة.
على سبيل المثال، يمكن نمذجة التفاعلات الكيميائية المعقدة بدقة، وتصميم المواد القادرة على الشفاء الذاتي، وحتى معالجة نماذج التعلم الآلي الأكثر تعقيدًا.
تعتقد مايكروسوفت أن هذا مزيج من الذكاء الاصطناعي والحوسبة الكمومية وسيكون بمثابة المحفز الذي سيطلق العنان للابتكارات التي لم نشهدها من قبل. عصر العجائب مفتوح أمامنا.
أكثر من مجرد شريحة: إعادة اختراع المستقبل
Majorana 1 ليس مجرد تحسن تدريجي، بل إعادة اختراع الحوسبة بالكامل من البداية. وكما أحدث الترانزستور ثورة في عالم الإلكترونيات الكلاسيكية، فإن هذه الشريحة قد تكون بمثابة قلب عصر الحوسبة الجديد.
لقد تم بناء كل شيء بواسطة مايكروسوفت في مختبراتها الخاصة. وتكون النتيجة عبارة عن شريحة لا تعمل فحسب، بل يمكن تصنيعها بطريقة منهجية وقابلة للتكرار وقابلة للتطوير.. مع شريحة Majorana 1، يبدو أن المستقبل الكمي أصبح أقرب مما كنا نتخيل.