الرئيس التنفيذي لميكروسوفت يعلن عن موصلات طوبولوجية جديدة 'حالة مادة' في اختراق حوسبة الكم

أعلن الرئيس التنفيذي لميكروسوفت، ساتيا نادالا، أن شركته اكتشفت 'حالة مادة' جديدة، استخدمتها لإنشاء شريحة الكم Majorana 1. كشفت الشركة التقنية عن الشريحة الجديدة في 19 فبراير 2025، مما يبرز تقدماً كبيراً في تكنولوجيا حوسبة الكم.

ال Majorana 1 هي أول شريحة كم في العالم، وهي تعمل ببنية أساسية طوبولوجية جديدة يتوقع من ميكروسوفت أن تقرب العالم من إنشاء حواسيب كم قادرة على حل مشاكل صناعية ذات معنى في سنوات بدلاً من عقود.

ميكروسوفت تقدم أول موصل طوبولوجي في العالم 

ربما رسخت ميكروسوفت مكانها في التاريخ من خلال إنشاء أول موصل طوبولوجي في العالم، وهو نوع مبتكر من المواد لديه القدرة على مراقبة والتحكم في جسيمات ماجورانا لإنتاج كيوبتات أكثر موثوقية وقابلية للتوسع، وهي اللبنات الأساسية لحواسيب الكم.

لفهم ما هو الموصل الطوبولوجي، دعنا نعود بالزمن إلى قبل اختراع أشباه الموصلات. في ذلك الوقت، كانوا بحاجة إلى أجهزة استشعار وأنظمة تحكم متقدمة لتشغيل الهواتف الذكية وأجهزة الكمبيوتر والإلكترونيات، وكانت أشباه الموصلات هي الاختراق الذي احتاجوه. 

أشباه الموصلات هي في الأساس أدمغة الأجهزة الإلكترونية، وهذا لأن موصليتها تتغير بناءً على البيئة. سمحت هذه الأشياء للمهندسين بتقليل حجم المكونات الإلكترونية بشكل كبير، مما أدى بدوره إلى تقليل حجم وتكلفة الأجهزة مع زيادة وظائفها.

بفضل اختراعها، ظهرت عجائب تقنية مثل الهاتف الذكي وأجهزة الكمبيوتر الأسرع والأجهزة الإلكترونية. الموصلات الطوبولوجية هي المستوى التالي - essentially ترقية توفر مساراً لتطوير أنظمة كم يمكن أن تتوسع إلى مليون كيوبت ولديها القدرة على معالجة أكثر المشاكل الصناعية والمجتمعية تعقيداً. 

"تراجعنا خطوة إلى الوراء وقلنا 'حسناً، لنخترع الترانزستور لعصر الكم. ما الخصائص التي يجب أن يمتلكها؟'" قال تشيتان ناياك، الزميل التقني في ميكروسوفت. "وهذا هو حقاً كيف وصلنا إلى هنا - إنه المزيج المحدد، والجودة والتفاصيل المهمة في طبقة المواد الجديدة لدينا التي مكنت من نوع جديد من الكيوبتات وأخيراً بنيتنا بأكملها."

وفقاً للرئيس التنفيذي لميكروسوفت، ساتيا نادالا، استغرق الأمر ما يقرب من عقدين من البحث والعمل المكثف لإنشاء الموصل الطوبولوجي، وهو يعتقد أن الاختراق سيؤدي إلى إنشاء حاسوب كم ذي معنى في سنوات بدلاً من عقود كما يتنبأ الكثيرون غالباً. 

الكيوبتات التي تم إنشاؤها باستخدام الموصلات الطوبولوجية الجديدة أسرع وأكثر موثوقية وأصغر حجماً. إنها بحجم 1/100 من المليمتر، مما يعني مساراً واضحاً لمعالج بمليون كيوبت.

"أي شيء تفعله في مجال الكم يجب أن يكون له مسار إلى مليون كيوبت. إذا لم يكن كذلك، فستصطدم بجدار قبل أن تصل إلى المقياس الذي يمكنك فيه حل المشاكل المهمة حقاً التي تحفزنا،" قال ناياك. "لقد عملنا بالفعل على مسار إلى مليون."

"تخيل شريحة يمكن أن تتسع في راحة يدك ومع ذلك تكون قادرة على حل مشاكل حتى جميع الحواسيب على الأرض مجتمعة اليوم لا تستطيع حلها!" كتب نادالا. 

أعاد نادالا التأكيد على أن ميكروسوفت تركز على زيادة الإنتاجية لأنها تنمي الاقتصادات وتفيد كل قطاع والعالم بأسره. "الأمر لا يتعلق بالتضخيم التكنولوجي،" نادالا كتب. "الأمر يتعلق ببناء تكنولوجيا تخدم العالم حقاً."

المزيد من التفاصيل حول الموصل الطوبولوجي 

الموصل الطوبولوجي، المعروف أيضاً باسم الموصل الفائق الطوبولوجي، يخلق حالة جديدة تماماً من المادة ليست صلبة أو سائلة أو غازية بل حالة طوبولوجية. إنه اختراق لأنه يمكن تسخيره لإنتاج كيوبت أفضل دون المقايضات التي تتطلبها البدائل الموجودة. 

وفقاً لورقة بحثية جديدة نشرت يوم الأربعاء في مجلة Nature، لم يتمكن باحثو ميكروسوفت فقط من إنشاء الخصائص الكمومية الغريبة للكيوبت الطوبولوجي، بل تمكنوا أيضاً من قياسها بدقة، وهي خطوة حاسمة للحوسبة العملية.

لجعل ذلك ممكناً، كان عليهم تطوير طبقات مواد جديدة مكونة من زرنيخيد الإنديوم والألومنيوم، الكثير منها جمعت ميكروسوفت ذرة بذرة. كان عليهم إقناع جسيمات كم جديدة تسمى ماجورانا بالوجود والاستفادة من خصائصها الفريدة للوصول إلى المستوى التالي من حوسبة الكم. 

تم اتخاذ عناية إضافية لضمان أن الأساس الطوبولوجي الأول في العالم الذي يشغل Majorana 1 موثوق، ويتميز بمقاومة الأخطاء على مستوى العتاد لجعله أكثر استقراراً.

ستتطلب التطبيقات ذات الأهمية التجارية أيضاً تريليونات من العمليات على مليون كيوبت، وهذا ليس ممكناً مع الخيارات المتاحة لأنها تعتمد على التحكم التناظري الدقيق لكل كيوبت. 

هذا الاختراق الأخير هو دليل على أن Microsoftقرار الشركة قبل سنوات بالبحث عن تصميم كيوبت طوبولوجي، وهو تحدٍ علمي وهندسي عالي المخاطر وعالي العائد، كان القرار الصحيح. اليوم، طورت الشركة شريحة تحتوي على ثمانية كيوبتات طوبولوجية مصممة للتوسع إلى مليون.

كان ذلك فقط في العام الماضي عندما أسهمت شراكة ميكروسوفت مع Quantinuum وAtom Computing في إنتاج أول حاسوب كم موثوق في الصناعة.

توفر حواسيب الكم فرصاً مهمة، لا سيما بالنظر إلى احتمال دمج الذكاء الاصطناعي مع أنظمة كم جديدة تعمل بعدد أكبر من الكيوبتات الموثوقة. اليوم، تقدم Azure Quantum من ميكروسوفت مجموعة من الحلول المتكاملة التي تسمح للعملاء بالاستفادة من حوسبة الذكاء الاصطناعي ومنصات الكم لتقدم الاكتشاف العلمي.

يُعد هذا الاختراق مهماً، ولكن للوصول إلى المستوى التالي من التقدم في الحوسبة الكمية، ستكون هناك حاجة إلى بنية كمية قادرة على توفير مليون كيوبت أو أكثر والوصول إلى تريليونات من العمليات السريعة والموثوقة. 

وفقاً لمايكروسوفت، فإن اختراع التوبوكندكتور يقلل من الجدول الزمني اللازم لتحقيق ذلك إلى سنوات بدلاً من عقود. بمجرد أن تتجاوز التطورات التكنولوجية حدود ميكانيكا الكم، يعتقد العلماء أنهم يحصلون عملياً على الوصول إلى مخطط الطبيعة، والذي يمكنهم بعد ذلك تعليمه للذكاء الاصطناعي.