أعلن الرئيس التنفيذي لشركة مايكروسوفت عن اكتشاف جديد لموصلات طوبولوجية "حالة المادة" في مجال الحوسبة الكمومية

أعلن ساتيا ناديلا، الرئيس التنفيذي لشركة مايكروسوفت، أن شركته اكتشفت "حالة جديدة للمادة"، استخدمتها في ابتكار شريحة ماجورانا 1 الكمومية. وكشفت الشركة عن الشريحة الجديدة في 19 فبراير 2025، مُسلطةً الضوء على تقدمٍ كبير في تكنولوجيا الحوسبة الكمومية.

Majorana 1 أول شريحة كمومية في العالم، وهي مدعومة ببنية أساسية طوبولوجية جديدة تتوقع مايكروسوفت أن تقرب العالم من إنشاء أجهزة كمبيوتر كمومية قادرة على حل مشاكل ذات مغزى وعلى نطاق صناعي في غضون سنوات بدلاً من عقود.

مايكروسوفت تقدم أول موصل طوبوغرافي في العالم 

ربما تكون مايكروسوفت قد رسخت مكانتها في التاريخ من خلال ابتكار أول موصل طوبوغرافي في العالم، وهو نوع رائد من المواد يتمتع بالقدرة على مراقبة جسيمات ماجورانا والتحكم فيها لإنتاج كيوبتات أكثر موثوقية وقابلية للتطوير، وهي اللبنات الأساسية لأجهزة الكمبيوتر الكمومية.

لفهم ماهية الموصل الطوبولوجي، دعونا نعود بالزمن إلى ما قبل اختراع أشباه الموصلات. في ذلك الوقت، كانوا بحاجة إلى أجهزة استشعار وأنظمة تحكم متطورة لتشغيل الهواتف الذكية وأجهزة الكمبيوترtron، وكانت أشباه الموصلات هي الطفرة التي كانوا بحاجة إليها. 

تُعدّ أشباه الموصلات بمثابة عقول الأجهزةtron، وذلك لأن موصليتها تتغير تبعًا للبيئة المحيطة. وقد مكّن هذا المهندسين من تقليص حجم مكوناتtronالإلكترونية بشكل كبير، مما أدى بدوره إلى خفض حجم الأجهزة وتكلفتها مع زيادة وظائفها.

بفضل اختراعها، ظهرت عجائب تكنولوجية مثل الهواتف الذكية، وأجهزة الكمبيوتر فائقة السرعة، والأجهزةtron. تُعدّ الموصلات الطوبولوجية المستوى التالي - فهي في جوهرها ترقية تُمهّد الطريق لتطوير أنظمة كمومية قادرة على التوسع إلى مليون كيوبت، ولديها القدرة على معالجة أكثر المشكلات الصناعية والمجتمعية تعقيدًا. 

قال شيتان ناياك، الزميل التقني في مايكروسوفت: "تراجعنا خطوة إلى الوراء وقلنا: حسنًا، لنبتكر الترانزستور لعصر الكم. ما هي الخصائص التي يجب أن يتمتع بها؟". وأضاف: "وهكذا وصلنا إلى ما نحن عليه الآن - فالتركيبة المحددة والجودة والتفاصيل المهمة في طبقات المواد الجديدة التي طورناها هي التي مكّنت من ابتكار نوع جديد من الكيوبت، وفي نهاية المطاف، بنيتنا الكاملة"

وفقًا لما ذكره ساتيا ناديلا، الرئيس التنفيذي لشركة مايكروسوفت، فقد استغرق الأمر ما يقرب من عقدين من البحث والعمل المكثف لإنشاء الموصل الطوبولوجي، وهو يعتقد أن هذا الإنجاز سيؤدي إلى إنشاء حاسوب كمي ذي مغزى في غضون سنوات بدلاً من عقود كما يتوقع الكثيرون في كثير من الأحيان. 

تتميز الكيوبتات المصنعة باستخدام الموصلات الطوبولوجية الجديدة بأنها أسرع وأكثر موثوقية وأصغر حجماً، إذ يبلغ حجمها 1/100 من المليمتر، مما يمهد الطريق أمام معالج يحتوي على مليون كيوبت.

قال ناياك: "أي شيء تفعله في مجال الحوسبة الكمومية يجب أن يكون له مسارٌ نحو مليون كيوبت. إذا لم يكن كذلك، فستصطدم بجدارٍ قبل أن تصل إلى النطاق الذي يمكنك من خلاله حلّ المشكلات المهمة التي تحفزنا. لقد توصلنا بالفعل إلى مسارٍ نحو المليون."

كتب ناديلا: "تخيل شريحة يمكن وضعها في راحة يدك ومع ذلك فهي قادرة على حل المشكلات التي لا تستطيع جميع أجهزة الكمبيوتر الموجودة على الأرض اليوم مجتمعة حلها!". 

أكد ناديلا مجدداً أن مايكروسوفت تركز على زيادة الإنتاجية لأنها تساهم في نمو الاقتصادات وتعود بالنفع على جميع القطاعات والعالم أجمع. وكتب: "الأمر لا يتعلق بالترويج للتكنولوجيا، بل ببناء تكنولوجيا تخدم العالم حقاً".

مزيد من التفاصيل حول الموصل العلوي 

يُنشئ الموصل الطوبولوجي، أو الموصل الفائق الطوبولوجي، حالةً جديدةً كلياً للمادة، ليست صلبةً ولا سائلةً ولا غازيةً، بل حالةً طوبولوجيةً. ويُعدّ هذا إنجازاً هاماً لأنه يُمكن تسخيره لإنتاج كيوبت أفضل دون التنازلات التي تتطلبها البدائل الحالية. 

وفقًا لورقة بحثية جديدة نُشرت يوم الأربعاء في مجلة Nature، لم يتمكن باحثو مايكروسوفت من إنشاء الخصائص الكمومية الغريبة للكيوبت الطوبولوجي فحسب، بل تمكنوا أيضًا من قياسها بدقة، وهي خطوة حاسمة للحوسبة العملية.

ولتحقيق ذلك، كان عليهم تطوير هياكل مواد جديدة تتكون من زرنيخيد الإنديوم والألومنيوم، والتي قامت مايكروسوفت بتجميع معظمها ذرةً ذرة. وكان عليهم استنباط جسيمات كمومية جديدة تُسمى ماجورانا، والاستفادة من خصائصها الفريدة للوصول إلى المستوى التالي من الحوسبة الكمومية. 

تم اتخاذ عناية إضافية لضمان أن تكون النواة الطوبولوجية الأولى في العالم التي تشغل جهاز Majorana 1 موثوقة، وتتميز بمقاومة الأخطاء على مستوى الأجهزة لجعلها أكثر استقرارًا.

ستتطلب التطبيقات ذات الأهمية التجارية أيضًا تريليونات العمليات على مليون كيوبت، وهذا غير ممكن مع الخيارات المتاحة لأنها تعتمد على التحكم التناظري الدقيق لكل كيوبت. 

يُعدّ هذا الإنجاز الأخير دليلاً على صواب مايكروسوفتقبل سنواتٍ بالسعي وراء تصميم الكيوبت الطوبولوجي، وهو تحدٍّ علمي وهندسي عالي المخاطر وعالي العائد. واليوم، طوّرت الشركة شريحةً تحتوي على ثمانية كيوبتات طوبولوجية، مصممةً لتتوسع إلى مليون كيوبت.

في العام الماضي فقط، أسفرت شراكة مايكروسوفت مع شركتي Quantinuum و Atom Computing عن أول حاسوب كمي موثوق به في الصناعة.

تُتيح الحواسيب الكمومية فرصًا هامة، لا سيما مع إمكانية دمج الذكاء الاصطناعي مع أنظمة كمومية جديدة مدعومة بأعداد أكبر من الكيوبتات الموثوقة. واليوم، تُقدم مايكروسوفت Azure Quantum مجموعة من الحلول المتكاملة التي تُمكّن العملاء من الاستفادة من الحوسبة الذكية ومنصات الكم لتعزيز الاكتشافات العلمية.

إنه اختراق مهم، ولكن للوصول إلى المستوى التالي من التقدم في الحوسبة الكمومية، ستكون هناك حاجة إلى بنية كمومية يمكنها توفير مليون كيوبت أو أكثر والوصول إلى تريليونات العمليات السريعة والموثوقة. 

بحسب مايكروسوفت، فإن اختراع الموصل الطوبولوجي يقلل المدة الزمنية اللازمة لتحقيق ذلك إلى سنوات، لا عقود. ويعتقد العلماء أنه بمجرد أن تنجح التطورات التكنولوجية في اختراق ميكانيكا الكم، فإنهم سيحصلون فعلياً على مخطط الطبيعة، الذي يمكنهم بعد ذلك تعليمه للذكاء الاصطناعي.