محرك حراري كمومي مبتكر يقرب الحواسيب الكمومية الأكبر خطوة نحو الواقع

محرك حراري كمومي على المقياس المصغر يحول الطاقة الحرارية إلى شغل قابل للاستخدام تحت درجات حرارة قريبة من الصفر المطلق، مما مهد الطريق لتحقيق حاسوب كمومي أكثر كفاءة.

طور العلماء في جامعة آلتو أول آلة قادرة على تنفيذ دورة ميكانيكية كمومية كاملة داخل دائرة فائقة التوصيل. تبلغ حجم الآلة بأكملها أقل من حجم حبة الرمل. يُستخدم البت الكمومي، وهو حامل كمومي ميكانيكي للمعلومات، كمادة في المحرك.

قاد المشروع البروفيسور ميكو موتونن، الذي نُشر في Nature Communications. تستخدم الآلة نفس الفكرة الأساسية لمحركات السيارات ومحطات الطاقة. تخلق مثل هذه الآلات شغلاً من خلال تبادل الطاقة من البيئات الدافئة إلى الباردة.

تقوم الآلة التي طورها آلتو بذلك على شريحة مجهرية حيث تحكم فيزياء الكم سلوك الطاقات المتناهية الصغر.

يستخدم الباحثون مبردًا واحدًا لتسخين وتبريد الكيوبت

تحتوي المحرك على كيوبت ترانسمون قابل للضبط بالتدفق مرتبطاً برنين ومبرد دائرة كمومية. الترانسمونات شائعة بالفعل في أجهزة الحوسبة الكمومية فائقة التوصيل.

يستخدم المهندسون إشارات الميكروويف للتحكم فيها بينما تحتفظ وتعالج المعلومات الكمومية. هنا، حل الترانسمون محل الغاز الذي كان سيخدم عادةً كمادة عاملة داخل محرك قياسي.

أدى المبرد مهمتين متعاكستين. غالباً ما تعتمد محركات الحرارة العادية على مصادر منفصلة للحار والبارد. قام فريق آلتو بتغيير إعدادات أحد الأجهزة بحيث يمكنه تسخين الكيوبت خلال جزء من العملية وتبريده خلال جزء آخر. قام الباحثون أيضاً بتغيير مستوى طاقة الكيوبت في أوقات مختارة بعناية.

أكملت هذه السلسلة الأجزاء الأربعة من دورة أوتو الكمومية. تستخدم محركات البنزين دورة أوتو العادية من خلال ضغط وتوسع الوقود والهواء داخل الأسطوانات.

لم يكن للمحرك الجديد غاز مضغوط. تبادل كيوبت واحد كميات صغيرة جداً من الطاقة داخل دائرة تم الحفاظ على درجات حرارة منخفضة جداً (تحت الصفر المطلق) لها.

شرح المؤلف الأول للدراسة توماس أوسناكي الإعداد. "في تجربتنا، بنينا محركاً حرارياً نانوي التصنيع باستخدام دوائر فائقة التوصيل وشغلناه في مبرد حراري قريب من الصفر المطلق. في قلبه يوجد كيوبت ترانسمون، وهو أحد اللبنات الأساسية للتقنيات الكمومية الحديثة"، قال توماس.

يطورو بيتكوين تتبع كيف يمكن للخوارزميات الكمومية أن تؤثر على أمان الشبكة

تعد الحوسبة الكمومية أيضاً ذات أهمية لبيتكوين، على الرغم من أن مسألة الأمان منفصلة عن محرك الحرارة. لم يعامل ساتوشي ناكاموتو أبداً القوة الغاشمة الكلاسيكية كخطر عملي، وهذا لا يزال صحيحاً. تتكون القضية الكمومية من جزأين. أحدهما يتعلق بالتجزئة (Hashing)، والآخر يتعلق بالتوقيعات الرقمية.

يمكن لخوارزمية غروفر تسريع البحث عبر الإجابات الممكنة. إذا استُخدمت ضد SHA-256، فسيؤدي ذلك إلى خفض الحماية الفعالة للنظام من 256 بت إلى حوالي 128 بت.

يظل هذا المستوى بعيداً جداً عن الآلات المتاحة اليوم. يقول الباحثون إن المهاجم سيحتاج إلى عتاد كمومي أكبر بكثير من أي شيء موجود حالياً.

تقدم خوارزمية شور قلقاً أكبر لأنها تهاجم التوقيعات بدلاً من التجزئة. يمكن لحاسوب كمومي قوي بما يكفي حساب مفتاح خاص من مفتاح عام مكشوف بالفعل على المنحنى الإهليلجي المستخدم في بيتكوين (BTC).

جلست حوالي 7 ملايين بيتكوين، أي ما يقرب من 35% من المعروض الكلي، في عناوين ذات مفاتيح عامة مرئية. يمكن أن تصبح هذه الحيازات عرضة للخطر إذا تم بناء العتاد المطلوب يوماً ما.

كشفت شركة Quantum AI التابعة لجوجل، وهي وحدة تابعة لشركة Alphabet Inc. (NASDAQ: GOOGL)، عن دراسة في عام 2026 خفضت العدد المتوقع للكيوبتات المادية المطلوبة لكسر منحنى بيتكوين إلى حوالي 500,000. عادةً ما لا تحتوي الحواسيب الكمومية الحديثة على أكثر من 1,000 إلى 1,500 كيوبت.

يرى الباحثون تهديداً واقعياً بين عامي 2029 و2035، بناءً على التقدم في تصحيح الأخطاء.

ناقش ساتوشي أمان التجزئة عدة مرات في عام 2010، بما في ذلك إمكانية حدوث تصادم جزئي لـ SHA-256. بقيت استجابته المقترحة كما هي. يحتاج المطورون إلى تأمين البلوكشين الصادق أولاً، ثم استبدال الدالة المتضررة.

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

بدأت مقاومة الكم تصبح قضية كبيرة بين المطورين حول عام 2020 بفضل زيادة الوعي بخوارزميات غروفر وشور.