تتوقع شركات التكنولوجيا العملاقة وصول حاسوب كمومي قابل للاستخدام خلال هذا العقد

تتسابق شركات التكنولوجيا في الولايات المتحدة لتوسيع نطاق أنظمة الحوسبة الكمومية من النماذج الأولية المختبرية إلى الآلات الصناعية، وفقًا للتفاصيل التي شاركتها شركات IBM وGoogle وAmazon وMicrosoft وغيرها.

أدت الإنجازات في تصميم الرقائق وتصحيح الأخطاء إلى تضييق الفجوات التقنية، مما جعل هدفاً استمر لعقد من الزمن في متناول البعض، بينما يحذر آخرون من أن الطريق سيكون أطول بكثير.

كشف إعلان شركة IBM في يونيو عن تصميم متكامل يُغطي التفاصيل الهندسية الناقصة في الخطط السابقة. وقال جاي جامبيتا، رئيس برنامج الحوسبة الكمومية في الشركة، إن لديهم الآن "مسارًا واضحًا" نحو جهاز قادر على التفوق على الحواسيب classicفي مهام مثل محاكاة المواد ونمذجة الذكاء الاصطناعي قبل عام 2030.

قام فريق أبحاث الكم في جوجل، بقيادة جوليان كيلي، بإزالة أحد أكبر عوائقه التقنية في العام الماضي، ويقول إنه سيحقق نتائج مماثلة قبل نهاية العقد، حيث وصف كيلي جميع المشاكل المتبقية بأنها "قابلة للتغلب عليها"

تسعى الشركات جاهدة لحل تحديات التوسع

حذّر أوسكار بينتر، رئيس قسم الأجهزة الكمومية في أمازون، من أنه حتى مع تحقيق إنجازات فيزيائية هامة، قد تستغرق المرحلة الصناعية من 15 إلى 30 عامًا. ويُعدّ الانتقال من أقل من 200 كيوبت - وهي الوحدات الكمومية الأساسية - إلى أكثر من مليون كيوبت ضروريًا لتحقيق أداءٍ فعّال.

يعيق عدم استقرار الكيوبتات عملية التوسع، مما يحد من مدة صلاحيتها إلى أجزاء من الثانية. وقد أظهرت شريحة كوندور من آي بي إم، التي تضم 433 كيوبتًا، تداخلًا بين مكوناتها، وهي مشكلة وصفها سوبود كولكارني، الرئيس التنفيذي لشركة ريجيتي كومبيوتينج، بأنها "مشكلة فيزيائية معقدة". وتقول آي بي إم إنها توقعت هذه المشكلة وتستخدم الآن موصلًا مختلفًا للحد من التداخل.

اعتمدت الأنظمة المبكرة على ضبط الكيوبتات بشكل فردي لتحسين الأداء، لكن هذا غير عملي على نطاق واسع. وتعمل الشركات الآن على تطوير مكونات أكثر موثوقية وأساليب تصنيع أرخص.

جوجل إلى خفض تكاليف المكونات عشرة أضعاف لبناء نظام متكامل بتكلفة مليار دولار. ويُعتبر تصحيح الأخطاء، أي نسخ البيانات عبر الكيوبتات لضمان عدم تأثر النتائج بفقدان أحدها، شرطًا أساسيًا لتوسيع نطاق النظام.

جوجل هي الشركة الوحيدة التي عرضت شريحةً تتحسن فيها عملية تصحيح الأخطاء مع نمو الأنظمة. وقال كيلي إن تخطي هذه الخطوة سيؤدي إلى "جهاز باهظ الثمن يُصدر ضوضاءً"

تصاميم متنافسة ودعم حكومي

تراهن شركة IBM على طريقة مختلفة لتصحيح الأخطاء تُسمى رمز التحقق من التكافؤ منخفض الكثافة، والتي تدّعي أنها تحتاج إلى عدد أقل من الكيوبتات بنسبة 90% مقارنةً بنهج رمز السطح من جوجل. يربط رمز السطح كل كيوبت في شبكة بجيرانه، ولكنه يتطلب أكثر من مليون كيوبت لإنجاز العمل بكفاءة.

تتطلب طريقة شركة IBM اتصالات بعيدة المدى بين الكيوبتات، وهو أمر يصعب تصميمه هندسيًا. وتقول IBM إنها حققت ذلك الآن، لكن محللين مثل مارك هورفاث من شركة غارتنر يقولون إن التصميم لا يزال نظريًا فقط، ويجب إثباته عمليًا في التصنيع.

لا تزال هناك عقبات تقنية أخرى: تبسيط الأسلاك، وربط رقائق متعددة في وحدات، وبناء ثلاجات تبريد أكبر للحفاظ على الأنظمة قريبة من الصفر المطلق.

الكيوبتات فائقة التوصيل، المستخدمة من قبل شركتي IBM وجوجل،tron، لكن يصعب التحكم بها. أما البدائل مثل الأيونات المحصورة والذرات المتعادلة والفوتونات فهي أكثر استقراراً، لكنها أبطأ وأصعب في الربط ضمن أنظمة كبيرة.

يقول سيباستيان وايدت، الرئيس التنفيذي لشركة "يونيفرسال كوانتوم" البريطانية، إن قرارات التمويل الحكومي ستُقلّص على الأرجح عدد المتنافسين إلى عدد قليل. وقد أطلقت وكالة داربا، التابعة لوزارة الدفاع الأمريكية (البنتاغون)، مراجعةdentأسرع مسار للوصول إلى نظام عملي.

تُجري أمازون ومايكروسوفت تجارب على تصميمات جديدة للكيوبتات، بما في ذلك حالات المادة غير المألوفة، بينما يواصل اللاعبون الراسخون تطوير تقنياتهم القديمة. وقال، مُلخصًا تصميم الصناعة على الوصول إلى مليون كيوبت: "مجرد كون الأمر صعبًا لا يعني أنه مستحيل".