تتوقع عمالقة التكنولوجيا وصول حاسوب كمومي قابل للاستخدام خلال هذا العقد

تسابق شركات التكنولوجيا في الولايات المتحدة لتوسيع نطاق أنظمة الحواسيب الكمومية من النماذج المختبرية إلى الآلات الصناعية، وفقًا للتفاصيل التي شاركها كل من IBM وGoogle وAmazon وMicrosoft وآخرون.

أدت الاختراقات في تصميم الرقائق وتصحيح الأخطاء إلى تقليص الفجوات التقنية، مما يجعل الهدف الممتد لعقد من الزمان في متناول البعض، بينما يحذر آخرون من أن الطريق سيكون أطول بكثير.

وضعت إعلانات IBM في يونيو تصميمًا كامل النطاق يملأ تفاصيل الهندسة المفقودة من الخطط السابقة. وقال جاي جامبيتا، الذي يدير البرنامج الكمومي للشركة، إن لديهم الآن "مسارًا واضحًا" لجهاز يمكنه التفوق على الحواسيب الكلاسيكية في مهام مثل محاكاة المواد ونمذجة الذكاء الاصطناعي قبل عام 2030.

فريق أبحاث Google الكمومي، بقيادة جوليان كيلي، أزال أحد أكبر العوائق التقنية العام الماضي ويقول إنه سيُسلم أيضًا قبل نهاية العقد، مع وصف كيلي لجميع المشاكل المتبقية بأنها "قابلة للتغلب عليها".

الشركات تدفع لحل تحديات التوسع

حذر أوسكار بainter، رئيس العتاد الكمومي في Amazon، من أنه حتى مع وجود إنجازات فيزيائية كبرى خلفهم، قد تستغرق المرحلة الصناعية من 15 إلى 30 عامًا. القفزة من أقل من 200 كيوبت — الوحدات الكمومية الأساسية — إلى أكثر من مليون ضرورية لأداء ذي معنى.

يُعيق التوسع عدم استقرار الكيوبتات، مما يحد من حالتها المفيدة إلى أجزاء من الثانية. أظهرت رقاقة Condor التابعة لـIBM، بـ433 كيوبت، تداخلاً بين المكونات، وهي مشكلة وصفها الرئيس التنفيذي لشركة Rigetti Computing، سوبود كولكارني، بأنها "مشكلة فيزيائية مزعجة". وتقول IBM إنها توقعت هذه المشكلة وتستخدم الآن اقترانًا مختلفًا لتقليل التداخل.

اعتمدت الأنظمة المبكرة على كيوبتات مضبوطة فرديًا لتحسين الأداء، لكن ذلك غير قابل للتطبيق على نطاق واسع. الآن، تقوم الشركات بتطوير مكونات أكثر موثوقية وطرق تصنيع أرخص.

تهدف Google إلى خفض تكاليفها من خلال خفض أسعار الأجزاء بعشر مرات لبناء نظام كامل النطاق بسعر مليار دولار. يُعد تصحيح الأخطاء، أي نسخ البيانات عبر الكيوبتات بحيث لا يؤدي فقدان أحدها إلى فساد النتائج، أمرًا ضروريًا للتوسع.

Google هي الوحيدة التي أظهرت رقاقة يتحسن فيها تصحيح الأخطاء مع نمو الأنظمة. وقال كيلي إن تخطي هذه الخطوة سيؤدي إلى "آلة باهظة الثمن تنتج ضوضاء".

تصاميم متنافسة ودعم حكومي

تراهن IBM على طريقة مختلفة لتصحيح الأخطاء تسمى رمز التحقق من التكافؤ منخفض الكثافة، والتي تدعي أنها تحتاج إلى 90٪ fewer كيوبتات من نهج الكود السطحي لـGoogle. يربط الكود السطحي كل كيوبت في شبكة بجيرانه لكنه يتطلب أكثر من مليون كيوبت للعمل المفيد.

تتطلب طريقة IBM اتصالات بعيدة المدى بين الكيوبتات، وهي صعبة الهندسة. تقول IBM إنها حققت ذلك الآن، لكن المحللين مثل مارك هورفاث في Gartner يقولون إن التصميم لا يزال موجودًا فقط في النظرية ويجب إثباته في التصنيع.

تبقى عقبات تقنية أخرى: تبسيط الأسلاك، وربط عدة رقائق في وحدات، وبناء ثلاجات تبريد أكبر للحفاظ على الأنظمة قريبة من الصفر المطلق.

تُظهر الكيوبتات فائقة التوصيل، المستخدمة من قبل IBM وGoogle، تقدمًا قويًا لكنها صعبة التحكم. البدائل مثل الأيونات المحبوسة، والذرات المتعادلة، والفوتونات أكثر استقرارًا لكنها أبطأ وأصعب في الربط داخل أنظمة كبيرة.

يقول سيباستيان وايدت، الرئيس التنفيذي لشركة Universal Quantum البريطانية، إن قرارات التمويل الحكومي من المرجح أن تضيق الحقل إلى عدد قليل من المتنافسين. أطلقت داربا، وكالة البحوث التابعة للبنتاغون، مراجعة لتحديد أسرع طريق لنظام عملي.

تجرب Amazon وMicrosoft تصاميم كيوبتات جديدة، بما في ذلك حالات المادة الغريبة، بينما يستمر اللاعبون الراسخون في تحسين التقنيات القديمة. وقال هورفاث : "فقط لأن الأمر صعب، لا يعني أنه لا يمكن إنجازه"، ملخصًا تصميم الصناعة للوصول إلى علامة المليون كيوبت.