محرك حراري كمومي رائد يقربنا خطوة أخرى نحو أجهزة كمبيوتر كمومية أكبر

لقد مهد محرك حراري كمي صغير الحجم يحول الطاقة الحرارية إلى عمل قابل للاستخدام في درجات حرارة قريبة من الصفر الطريق لتحقيق حاسوب كمي أكثر كفاءة.

طوّر علماء جامعة آلتو أول آلة قادرة على تنفيذ دورة كمومية كاملة داخل دائرة فائقة التوصيل. يبلغ حجم الآلة بأكملها أقل من حجم حبة رمل. وتُستخدم البتة الكمومية، وهي ناقل كمومي للمعلومات، كمادة أساسية في محركها.

قاد البروفيسور ميكو موتونين، أستاذ الأكاديمية، المشروع الذي نُشر في مجلة "نيتشر كوميونيكيشنز". تعتمد الآلة على نفس الفكرة الأساسية لمحركات السيارات ومحطات توليد الطاقة، حيث تُنتج هذه الآلات الطاقة من خلال تبادل الطاقة بين البيئات الدافئة والباردة.

الجهاز الذي طوره آلتو يفعل ذلك على شريحة مجهرية حيث تحكم فيزياء الكم سلوك الطاقات الدقيقة.

يستخدم الباحثون ثلاجة واحدة لتسخين وتبريد الكيوبت

يحتوي المحرك على كيوبت ترانزمون قابل للضبط بواسطة التدفق المغناطيسي، مرتبط برنان ومبرد دائرة كمومية. وتُعدّ الترانزمونات شائعة بالفعل في الحواسيب الكمومية.

يستخدم المهندسون إشارات الميكروويف للتحكم بها أثناء تخزينها ومعالجتها للمعلومات الكمومية. هنا، استُبدل الغاز الذي يُستخدم عادةً كمادة عاملة داخل محرك تقليدي بمادة الترانزمون.

قام الجهاز بمهمة متعاكسة. تعتمد محركات الحرارة التقليدية عادةً على مصادر حرارة وبرودة منفصلة. قام فريق جامعة آلتو بتغيير إعدادات أحد الأجهزة بحيث يمكنه تسخين الكيوبت خلال جزء من العملية وتبريده خلال جزء آخر. كما قام الباحثون بتغيير مستوى طاقة الكيوبت في أوقات مختارة بعناية.

أكمل هذا التسلسل جميع أجزاء دورة أوتو الكمومية الأربعة. تستخدم محركات البنزين دورة أوتو العادية من خلال ضغط وتمدد الوقود والهواء داخل الأسطوانات.

لم يكن الجهاز الجديد يحتوي على غاز مضغوط. تبادل كيوبت واحد كميات ضئيلة للغاية من الطاقة داخل دائرة محفوظة في درجات حرارة منخفضة للغاية.

شرح المؤلف الأول للدراسة، توماس أوسناكي، آلية العمل قائلاً: "في تجربتنا، قمنا ببناء محرك حراري بتقنية النانو باستخدام دوائر فائقة التوصيل، وقمنا بتشغيله في جهاز تبريد فائق بالقرب من الصفر المطلق. ويكمن جوهره في كيوبت ترانسمون، وهو أحد اللبنات الأساسية لتقنيات الكم الحديثة".

tracمطورو Bitcoin كيف يمكن أن تؤثر الخوارزميات الكمومية على أمن الشبكة

تُعدّ الحوسبة الكمومية ذات أهمية بالغة Bitcoin، على الرغم من أن مسألة الأمان منفصلة عن محركها الحراري. لم يعتبر ساتوشي ناكاموتو الذكاء الاصطناعي classicالقائم على القوة الغاشمة خطرًا عمليًا، ولا يزال هذا صحيحًا. تتألف المسألة الكمومية من شقين: أحدهما يتعلق بالتجزئة، والآخر بالتوقيعات الرقمية.

يمكن لخوارزمية غروفر تسريع عمليات البحث بين الإجابات المحتملة. وإذا استُخدمت ضد خوارزمية SHA-256، فإنها ستُقلل من مستوى الحماية الفعال للنظام من 256 بت إلى حوالي 128 بت.

لا يزال هذا المستوى يتجاوز بكثير قدرات الأجهزة المتاحة اليوم. ويقول الباحثون إن المهاجم سيحتاج إلى أجهزة كمومية أكبر بكثير من أي شيء موجود حاليًا.

تُثير خوارزمية شور قلقاً أكبر لأنها تستهدف التوقيعات بدلاً من التجزئات. فبإمكان حاسوب كمومي قوي بما يكفي حساب مفتاح خاص من مفتاح عام مُتاح بالفعل على المنحنى الإهليلجي الذي يستخدمه Bitcoin (BTC).

يوجد حوالي 7 ملايين Bitcoin، أي ما يقارب 35% من إجمالي المعروض، في عناوين ذات مفاتيح عامة ظاهرة. وقد تصبح هذه الحيازات عرضة للخطر إذا تم بناء الأجهزة اللازمة لذلك.

كشف قسم الذكاء الاصطناعي الكمومي في جوجل، التابع لشركة ألفابت (ناسداك: GOOGL)، عن دراسة أجريت عام 2026 خفضت العدد المتوقع من الكيوبتات المادية اللازمة لفك شفرة منحنى Bitcoinإلى حوالي 500 ألف كيوبت. وعادةً ما لا تحتوي أجهزة الكمبيوتر الكمومية الحديثة على أكثر من 1000 إلى 1500 كيوبت.

يرى الباحثون تهديداً واقعياً بين عامي 2029 و 2035، استناداً إلى التطورات في تصحيح الأخطاء.

ناقش ساتوشي أمن التجزئة عدة مرات في عام 2010، بما في ذلك احتمال حدوث تصادم جزئي في خوارزمية SHA-256. وظلّ ردّه المقترح كما هو: على المطورين تأمين سلسلة الكتل الأصلية أولاً، ثم استبدال الوظيفة المخترقة.

لم تؤثر التحديثات اللاحقة Bitcoin على دالة التجزئة المستخدمة في الشبكة. تم تقديم Segregated Witness في عام 2017، بينما تم تقديم Taproot في عام 2021.

بدأت مقاومة الكم تصبح مشكلة كبيرة بين المطورين حوالي عام 2020 بفضل زيادة الوعي بخوارزميات جروفر وشور.