في مقابلة حديثة، كشف جيسون زاندر، نائب الرئيس التنفيذي لقسم "Azure" في مايكروسوفت، عن أحدث ابتكارات الشركة في مجال الحوسبة الكمية: شريحة "ماجورانا 1". تمثل هذه الشريحة المتطورة خطوة عملاقة في مسعى مايكروسوفت لبناء حاسوب كمي قابل للتوسع وخالٍ من الأخطاء. ولكن ما الذي يعنيه هذا لمستقبل الحوسبة؟تغيير جذري تعمل الحوسبة الكمية على مبادئ تختلف جذريًا عن الحوسبة التقليدية. بينما تعتمد الحواسيب التقليدية على البتات (التي يمكن أن تكون إما 0 أو 1)، تستخدم الحواسيب الكمية الكيوبتات، التي يمكن أن تكون في حالة تراكب كمي، أي أنها يمكن أن تكون 0 و 1 أو ما بينهما في نفس الوقت. وهذا يسمح للحواسيب الكمية بإجراء حسابات معقدة بسرعات قد تستغرق الحواسيب الفائقة التقليدية مئات أو آلاف أو حتى ملايين السنين لإكمالها.
يقول زاندر:"الحوسبة الكمية لديها القدرة على إجراء حسابات مستحيلة حتى لأكبر الحواسيب الفائقة اليوم. وهذا ينطبق بشكل خاص على مجالات مثل الكيمياء وعلوم المواد والفيزياء الكمية نفسها."
على سبيل المثال، يمكن للحواسيب الكمية محاكاة التفاعلات الجزيئية على المستوى الذري، مما يمكّن من تحقيق اكتشافات ثورية في صناعة الأدوية، وخلق مواد ذاتية الإصلاح، وتطوير محفزات لمعالجة التحديات العالمية مثل البلاستيك الدقيق والمواد الكيميائية الدائمة.قرن من الاستكشاف يعد تطوير شريحة "ماجورانا 1" تتويجًا لما يقرب من قرن من الاستكشاف العلمي. تم تسمية الشريحة على اسم جسيمات ماجورانا الفرميونية، وهي جسيمات كمية تم طرحها نظريًا لأول مرة من قبل العالم الإيطالي إيتور ماجورانا (Ettore Majorana) في عام 1937. وعلى عكس فرميونات ديراك (Dirac fermion) التي تمتلك نظائر مضادة (antiparticles) منفصلة عنها، فإن فرميونات ماجورانا هي كيان فريد يجمع بين المادة والمادة المضادة في جسيم واحد.
تشكل هذه الجسيمات الأساس للكيوبتات المستقرة، وهي ضرورية لبناء حواسيب كمية موثوقة.
بدأت رحلة مايكروسوفت نحو الكمبيوتر الكمي في عام 2004، لكن الطريق إلى "ماجورانا 1" كان محفوفًا بالتحديات. في عام 2018، تم سحب ورقة بحثية رئيسية حول فرميونات ماجورانا، مما مثل نكسة كبيرة. ومع ذلك، واصلت مايكروسوفت العمل، وتمكنت في النهاية من اكتشاف طور جديد من المادة: الطور الطوبولوجي، الذي مكّن من إنشاء الكيوبت الطوبولوجي. يقول زاندر: "هذا طور جديد من المادة، مثل السوائل والصلب والغاز، لكنه طور طوبولوجي. كان علينا اختراع شيء يسمى الموصل الطوبولوجي، الذي يأتي بعد أشباه الموصلات. إنه مشروع عالي المخاطر، لكنه الطريقة الأكثر موثوقية للوصول إلى مليون كيوبت على شريحة بحجم كف اليد." ما الذي يجعل "ماجورانا 1" فريدًا؟ تعتمد شريحة "ماجورانا 1" على الكيوبتات الطوبولوجية، التي تتمتع بثبات أكبر ومقاومة للأخطاء مقارنة بتقنيات الكيوبت الأخرى. هذا الثبات ضروري لتوسيع نطاق الحواسيب الكمية لتتضمن تطبيقات عملية.
وفي إشارة إلى التصميم المضغوط للشريحة، يتابع زاندر: "كل كيوبت يشغل حوالي 1/100 من المليمتر. لهذا يمكننا وضع مليون كيوبت على شريحة واحدة. إنها صغيرة، سريعة، ونتحكم بها إلكترونيًا."
هذا التوسع الكبير بعدد الكيوبتات، يمنح مايكروسوفت ميزة فريدة مقارنة بالمنافسين مثل جوجل، التي تعتمد تقنيات مختلفة. بينما تفتخر شريحة جوجل الحديثة، "ويلو"، بـ 105 كيوبتات، أكد زاندر أن عدد الكيوبتات وحده ليس مقياسًا كافيًا. ما يهم هو القدرة على إجراء حسابات ذات معنى.
"السؤال الحقيقي هو، ماذا يمكنك أن تفعل بتلك الكيوبتات؟ إذا استغرق إكمال مهمة حاسوبية ألف عام، فلا يهم عدد الكيوبتات التي لديك." من الكيمياء إلى تغير المناخ تكمن إمكانات الحوسبة الكمية في قدرتها على معالجة المشكلات التي تعجز الحواسيب التقليدية عن حلها. وأشار زاندر إلى أن الكيمياء وعلوم المواد ستكونان من أوائل المستفيدين: "الحواسيب الكمية تتحدث لغة الطبيعة، وهي ميكانيكا الكم. وهذا يسمح لنا بمحاكاة التفاعلات الذرية بطرق لا تستطيع الحواسيب التقليدية القيام بها." تشمل التطبيقات المحتملة:
- مواد ذاتية الإصلاح: تخيل مواد يمكنها إصلاح التشققات تلقائيًا.
- حلول بيئية: تطوير محفزات لتفتيت البلاستيك الدقيق أو تحييد المواد الكيميائية الدائمة.
- اكتشاف الأدوية: تسريع تطوير أدوية جديدة من خلال محاكاة التفاعلات الجزيئية. المستقبل: سنوات وليس عقود بينما اقترح البعض، مثل جينسن هوانغ، الرئيس التنفيذي لشركة NVIDIA، أن الحواسيب الكمية المفيدة ستكون متاحة بعد عقود، يبدو زاندر أكثر تفاؤلاً: "مع شريحة ماجورانا 1، نحن على بعد سنوات وليس عقوداً، لدينا بالفعل أنظمة تحتوي على 24 كيوبتًا مصححًا للأخطاء، ونحن على الطريق الصحيح للوصول إلى 50، ثم 100. عند 100 كيوبت تصحيحي، يمكننا البدء في إجراء أبحاث علمية حقيقية."
تم دمج جهود مايكروسوفت في الحوسبة الكمية ضمن نظام أزور كوانتوم، الذي يوفر وصولاً عبر السحابة إلى الأجهزة والبرمجيات الكمية. وهذا يجعل التكنولوجيا الكمية في متناول الباحثين والشركات دون الحاجة إلى أجهزة خاصة. المنافسة والتعاونمايكروسوفت ليست وحدها في السباق الكمي. شركات مثل جوجل وIBM تعمل أيضًا على تطوير شرائح كميّة، لكن زاندر يعتقد أن نهج مايكروسوفت الطوبولوجي يمنحها ميزة فريدة.
"كيوبتاتنا الطوبولوجية مقاومة للأخطاء، صغيرة، وسريعة. لا أحد آخر يمتلك ذلك. يمكننا الوصول إلى مليون كيوبت على شريحة واحدة، بينما سيحتاج الآخرون إلى مستودعات مليئة بالحواسيب لتحقيق نفس الهدف."
على الرغم من المنافسة، تظهر مايكروسوفت التزامًا بالتعاون. تعمل الشركة مع شركاء في الصناعة لدفع عجلة الحوسبة الكمية، مما يسمح باستفادة الجميع من هذه التكنولوجيا. مستقبل كميالحوسبة الكمية والذكاء الاصطناعي متكاملان بشكل عميق. يمكن للحواسيب الكمية توليد بيانات تعزز نماذج الذكاء الاصطناعي، بينما يمكن للذكاء الاصطناعي المساعدة في تصميم الخوارزميات الكمية.
"الحوسبة الكمية هي معالج آخر،" قال زاندر. "ستعيش في مراكز البيانات جنبًا إلى جنب مع وحدات المعالجة المركزية والرسومية، وستستخدم التطبيقات كلها معًا."
شريحة "ماجورانا 1" ليست مجرد إنجاز تكنولوجي آخر، إنها تكامل بين البحث العلمي والنظريات الفيزيائية والهندسة. وهي بالتأكيد لمحة عن مستقبل يمكن فيه للحوسبة الكمية حل بعض أكبر التحديات التي تواجه البشرية. من إحداث ثورة في علوم المواد إلى معالجة الأزمات البيئية، الإمكانيات لا حدود لها.
يختم زاندر: "نحن على أعتاب عصر جديد. ستغير الحوسبة الكمية طريقة تفكيرنا في المشكلات والحلول، و"ماجورانا 1" هي مجرد البداية."