الحوسبة
اختراق كيوبتات ماجورانا: ما يعنيه ذلك للحوسبة الكمومية
حقق فريق من الباحثين من جامعة دلفت للتكنولوجيا ومؤسسات مرموقة أخرى إنجازًا هامًا في مجال الحوسبة الكمومية. ويركز عملهم على كيوبتات ماجورانا وكيفية دمجها بفعالية في تصميمات الحواسيب المستقبلية. إليكم أهم ما تحتاجون معرفته.
قد تُوفّر كيوبتات ماجورانا مسارًا نحو الحوسبة الكمومية المقاومة للأخطاء من خلال الاستفادة من الحماية الطوبولوجية ضد فقدان الترابط. تُظهر دراسة جديدة نُشرت في مجلة Nature قراءة التكافؤ في لقطة واحدة في سلسلة كيتايف مُصغّرة، مما يُمثّل علامة فارقة في اكتشاف هذه الجسيمات شبه الحقيقية المراوغة وتثبيتها.
فهم أجهزة الكمبيوتر الكمومية
لفهم أهمية عملهم، من الضروري إلقاء نظرة على الحوسبة الكمومية وبعض التحديات التي يسعى الباحثون إلى التغلب عليها. تختلف الحواسيب الكمومية عن الحواسيب التقليدية في اعتمادها على ميكانيكا الكم، وتحديداً الكيوبتات.
تستطيع الكيوبتات الاستفادة من التراكب والتشابك لتوفير قوة حاسوبية تفوق قوة البتات الثنائية التقليدية بآلاف المرات. تُمكّن هذه القدرة هذه الأجهزة من إجراء عمليات حسابية ضخمة بالتوازي، مما يُحسّن الأداء بشكل ملحوظ.
تحدي الضوضاء البيئية
رغم أن الحواسيب الكمومية توفر طاقة أكبر، إلا أنها أكثر صعوبة في التشغيل والصيانة. فهي تتطلب درجات حرارة منخفضة للغاية، وبالتالي تحتاج إلى غرف تبريد فائقة للحفاظ على حالة الكيوبتات.
المصدر - بيرفيس
مع ذلك، حتى مع وجود هذه الأنظمة، قد يظل فقدان الترابط مشكلة. يشير هذا المصطلح إلى التداخل الناتج عن التفاعلات مع البيئة. في معظم الحالات، يجعل هذا التداخل الكيوبتات غير قابلة للاستخدام.
استراتيجيات لمكافحة التفكك
لمنع فقدان الترابط الكمومي، ابتكر المهندسون عدة طرق. إحدى أكثرها شيوعًا هي تصحيح الأخطاء الكمومية (QEC). تعتمد هذه الطريقة على كيوبتات منطقية مشفرة تُخزن جنبًا إلى جنب مع الكيوبتات الفيزيائية، مما يُمكّن من التصحيح.
ثمة نهج آخر يتمثل في الاقتران الديناميكي. في هذا النهج، تُستخدم متواليات النبضات لضمان استقرار حالات الكيوبت. تعمل النبضة على معادلة حالة التردد، مما يُمكّن الكيوبتات من البقاء مستقرة لفترة أطول.
كيبيت طوبولوجي
مرر للتمرير →
| نوع كيوبت | استقرار | يلزم تصحيح الأخطاء | النضج التجاري |
|---|---|---|---|
| فائقة التوصيل | منخفض-متوسط | مرتفع | الأكثر تطوراً (آي بي إم، جوجل) |
| ايون المحاصر | معتدلة إلى عالية | معتدل | المرحلة التجريبية التجارية |
| الطوبولوجية (ماجورانا) | مرتفع نظرياً | مُخفَّض (إذا كان قابلاً للتوسع) | مرحلة البحث التجريبي |
يُعدّ استخدام الكيوبتات الطوبولوجية أحد أكثر الحلول الواعدة لهذه المشكلة. وتختلف هذه الكيوبتات عن الأمثلة السابقة في أنها تستفيد من العزل المبرد لإطالة أزمنة التماسك. والجدير بالذكر أنه نظرًا لتخزين الكيوبتات بشكل غير محلي، فإن فقدان التماسك لا يمكن أن يؤثر على كلا الكيوبتين.
يشير العلماء إلى أنه لا يمكن لهذا النظام أن يعجز عن تصحيح أي مشكلات إلا في حال حدوث عطل شامل فيه. وقد تكون هذه المقاومة الطبيعية لفقدان الترابط هي المفتاح لإطلاق الإمكانات الحقيقية لهذه التقنية.
الطبيعة الفريدة لكيوبتات ماجورانا
اكتشف باحثو الكيوبتات الطوبولوجية نوعًا خاصًا من الكيوبتات يُتيح هذا النهج. تظهر كيوبتات ماجورانا بشكل طبيعي في الموصلات الفائقة الطوبولوجية، وعادةً ما تكون على الحدود. تتميز هذه الكيوبتات بقدرتها على تخزين الحالة بشكل لا مركزي، مما يجعلها مقاومة بطبيعتها لأي تغييرات.
الأهم من ذلك، أن هذه الجسيمات شبه الحقيقية غير العادية هي أيضاً جسيمات مضادة لنفسها. هذه الخاصية تجعلها شديدة المقاومة لفقدان الترابط أو الضوضاء البيئية مقارنةً بالكيوبتات التقليدية.
التغلب على تحديات الكشف
إحدى أكبر مشاكل كيوبتات ماجورانا هي نفسها التي تجعلها مثالية للتطبيقات الكمومية، ألا وهي تخزينها غير الموضعي. لسنوات، ناقش العلماء كيفية قراءة موجات ماجورانا، أو حتى اكتشافها، لأنها لا تتمركز في نقطة محددة.
تخزن هذه الكيوبتات المعلومات بطريقة تجعلها غير مرئية لأجهزة الاستشعار التقليدية، أو هكذا كان يُعتقد على الأقل. الآن، أثبت فريق من العلماء طريقة فريدة لالتقاط هذه الكيوبتات المراوغة، مما يفتح الباب أمام أجهزة كمومية أكثر استقرارًا في المستقبل.
اكتشافٌ هام: دراسة كيوبتات ماجورانا
في "قراءة التكافؤ بلقطة واحدة لسلسلة كيتايف الدنيا" يذاكر1 يكشف البحث المنشور في مجلة Nature في 12 فبراير 2026 كيف تمكنت هذه التقنية من التغلب على أحد أكبر ألغاز أجهزة الكمبيوتر الكمومية والتقاط قراءات في الوقت الحقيقي لتكافؤ الفرميون.
السعة الكمومية: استراتيجية غير جراحية
لإنجاز هذه المهمة، ابتكر المهندسون استراتيجية قياس جديدة تُسمى السعة الكمومية. تستخدم هذه الآلية رنانًا بترددات الراديو لاستشعار تدفق الشحنة في الموصل الفائق لتحديد الحالات. والجدير بالذكر أن هذا النهج غير تداخلي، أي أنه يتغلب على مشكلة عدم قدرة أجهزة الاستشعار على قياس الكيوبتات دون التسبب في تداخل.
بناء سلسلة كيتايف الدنيا
ابتكر المهندسون كيوبتات ماجورانا على بنية نانوية معيارية مصممة خصيصًا تُسمى سلسلة كيتايف الدنيا. وقد صُنعت هذه الوحدة باستخدام نقاط كمومية شبه موصلة متصلة عبر موصل فائق.
تمثلت الميزة الرئيسية لهذا النهج في تمكين المهندسين من إنشاء أنماط ماجورانا الصفرية القابلة للتحكم. وقد كان هذا النهج مناقضًا تمامًا للمحاولات السابقة التي اعتمدت على كيوبتات ماجورانا المتشكلة بشكل طبيعي.
داخل مرحلة الاختبار
تضمن الجزء التجريبي من الدراسة تطبيق الفريق لمسبار السعة الكمومية على سلسلة كيتايف الدنيا. وقاموا بضبط الجهاز باستخدام تقنية كيموديان على تردد تشكيل ماجورانا. ومن ثم، تم عزل الكيوبتات لمنع أي تداخل. ولتأكيد الاستقرار، استُخدم استشعار الشحنة المتزامن للتحقق من أن حالتي التكافؤ متعادلتان شحنيًا.
النتائج والملاحظات الرئيسية
كانت النتائج مذهلة. أولًا، كانت هذه المرة الأولى التي يتمكن فيها المهندسون من تحديد ما إذا كان نمط ماجورانا زوجيًا أم فرديًا بدقة. يُمثل هذا إنجازًا هامًا في دمج هذه الكيوبتات الأكثر استقرارًا في الأجهزة الكمومية. وقد توصل المهندسون إلى أن هذه الطريقة لا تتطلب سوى لقطة واحدة لتحقيق أعمار تكافؤ دقيقة تصل إلى أجزاء من الألف من الثانية.
بالإضافة إلى ذلك، سجل الباحثون بعض القفزات العشوائية في التكافؤ. وقد عززت هذه القفزات نظريتهم القائلة بأن المسبار العالمي هو أفضل طريقة لمراقبة حالات كيوبت ماجورانا في الوقت الفعلي.
فوائد سوق الكم
سيُحقق هذا العمل فوائد جمة للسوق، منها على سبيل المثال، المساهمة في جعل الأجهزة الكمومية أكثر استقرارًا. فهذه الوحدات حاليًا شديدة الحساسية في مكوناتها وعملياتها، مما يزيد من تكاليف التشغيل والصيانة والإنشاء.
سيساهم استخدام كيوبتات ماجورانا في تحسين الأجهزة الكمومية بشكل كبير. وسيساعد المهندسين على ابتكار أجهزة أكثر استقرارًا ومتانة، قادرة على توفير قدرات حسابية أكبر باستخدام طاقة أقل من طرق التصحيح الأخرى.
إن الاستقرار الطبيعي الذي توفره كيوبتات ماجورانا يجعلها الخيار الأمثل للمهندسين الساعين إلى ابتكار أجهزة كمومية مقاومة للأخطاء. كما أنها تدعم تحسينات في تهيئة وتتبع وتوسيع نطاق كيوبتات ماجورانا.
التطبيقات الواقعية والجدول الزمني
ستساهم هذه التقنية في تحسين العديد من التطبيقات، وأبرزها تطوير حواسيب كمومية أكثر كفاءة. سيوفر هذا العمل مستوىً جديداً من الاستقرار لهذه الأجهزة، مما سيؤدي إلى خفض التكاليف وزيادة إمكانية الوصول إليها.
اكتشاف المخدرات
أصبحت الحواسيب الكمومية عنصراً أساسياً في اكتشاف الأدوية. تمتلك هذه الأجهزة قدرات حسابية كافية لنمذجة التفاعلات الجزيئية بدقة على مستوى لا تستطيع الحواسيب الثنائية محاكاته.
التشفير وتحمل الأعطال
الحواسيب الكمومية - بغض النظر عن نوع الكيوبت - يشكلون تهديداً لأنظمة التشفير التقليدية مثل RSA وECC من خلال خوارزميات مثل خوارزمية شور. إذا ظهرت أنظمة قابلة للتطوير ومقاومة للأخطاء تعتمد على ماجورانا، فقد تُسرّع من وتيرة إحداث ثورة عملية في مجال التشفير. مع ذلك، فإن كيوبتات ماجورانا بحد ذاتها ليست أداة تشفير، بل هي أساس برمجي مقترح لمعالجات كمومية أكثر استقرارًا.
الجدول الزمني المتوقع للصناعة
قد يستغرق الأمر من 7 إلى 10 سنوات قبل أن تصل هذه التقنية إلى الجمهور. لا يزال هناك الكثير من العمل الذي يتعين القيام به لتحويل هذا الاكتشاف من مجرد فكرة إلى تطبيق واسع النطاق. من المتوقع أن يتزامن هذا النمو مع تطورات أخرى في مجال الحوسبة الكمومية، مما قد يساهم في تقليص هذه المدة.
كبار الباحثين
تمت استضافة دراسة كيوبتات ماجورانا في جامعة دلفت للتكنولوجيا. تُدرج الورقة رامون أغوادو وليو بي. كووينهوفن باعتبارهما المؤلفين الرئيسيين للعمل. كما يُدرج أيضًا نيك فان لو، وفرانشيسكو زاتيلي، وجورم أو. ستيفنسن، وبارت روفرز، وجوانزونج وانج، وتوماس فان كاكنبيرج، وألبرتو بوردين، وديفيد فان دريل، ويينينج تشانج، وويتس د. هويسمان، وغادة بدوي، وإريك بام باكرز، وجرزيجورز بي مازور كمساهمين.
مستقبل القطاع
تُعتبر هذه الدراسة علامة فارقة في قطاع الحوسبة الكمومية، إذ تؤكد مبدأ الحماية وتفتح المجال أمام تركيز متجدد على الاستخدام المحتمل لكيوبتات ماجورانا في الأنظمة المستقبلية.
الاستثمار في ابتكار الحوسبة الكمومية
يُعدّ قطاع الحوسبة الكمومية صناعةً سريعة التطور، حيث تتواجد فيه حالياً العديد من شركات التكنولوجيا. وقد استثمرت جميعها ملايين الدولارات في البحث والتطوير سعياً منها لتوفير أجهزة كمومية للجمهور. إليكم إحدى الشركات الرائدة في استخدام كيوبتات ماجورانا.
Microsoft
تأسست شركة مايكروسوفت عام 1975 على يد بيل غيتس وبول ألين. انطلقت الشركة في نيو مكسيكو لكنها سرعان ما انتقلت إلى واشنطن بعد ترخيص نظام التشغيل MS-DOS لشركة IBM، الأمر الذي أشعل ثورة الحواسيب الشخصية.
(MSFT )
حافظت مايكروسوفت على روحها الابتكارية حتى في عصر الحوسبة الكمومية. على سبيل المثال، شريحة واحدة من ماجورانا تم إطلاقها في عام 2025. استثمرت مايكروسوفت بكثافة في أبحاث الكيوبت الطوبولوجي، بما في ذلك خارطة طريقها المعمارية القائمة على ماجورانا وتطوير الأجهزة التجريبية المصممة لإظهار أوضاع ماجورانا القابلة للتحكم.
يُعزز هذا الإنجاز الفرضية طويلة الأمد للحوسبة الكمومية الطوبولوجية، لكنّ تطبيقها تجارياً لا يزال بعيد المنال. ينبغي على المستثمرين الراغبين في الاستثمار في هذا المجال أن يدركوا أن معظم الشركات المساهمة العامة العاملة في هذا القطاع هي شركات تقنية متنوعة أو شركات ناشئة متخصصة في مجال محدد، وتتميز بتقلبات كبيرة.
آخر أخبار وأداء شركة مايكروسوفت (MSFT)
خاتمة
تمثل هذه الدراسة الخطوة التالية في تطور الحوسبة الكمومية، إذ تفتح المجال أمام أجهزة أكثر استقرارًا وأقل تكلفة، كما تُسهم في تسليط الضوء على الطرق الطبيعية لمنع فقدان الترابط الكمومي. ولذلك، قد تكون هذه الدراسة هي ما نحتاجه تمامًا لدفع قطاع الحوسبة الكمومية قدمًا.
تعرّف على المزيد من الإنجازات الحاسوبية الرائعة اضغط هنا.
مراجع حسابات
1. فان لو، N.، زاتيلي، F.، ستيفنسن، GO وآخرون. قراءة التكافؤ بلقطة واحدة لسلسلة كيتايف المصغرة. الطبيعة 650, 334–339 (2026). https://doi.org/10.1038/s41586-025-09927-7
