تقول مايكروسوفت إنها حققت تقدمًا كبيرًا في قدرات الحوسبة الكمومية مع شريحتها Majorana 1، وهي أول شريحة كمومية لها، وأول من نوعها التي تعمل بواسطة ما يُعرف بـ "الكيوبتات الطوبولوجية".
ما الذي يميز هذه الشريحة الجديدة؟
أولًا، هذا المعالج بحجم كف اليد ويحتوي في جوهره على ثمانية كيوبتات. تم تصنيع هذه الكيوبتات من فئة جديدة من المواد تُعرف باسم "التوبوكوندكتور"، وهي صغيرة جدًا – حوالي 1/100 من المليمتر لكل منها. كما أنها سريعة وقابلة للتحكم رقميًا، مما يعني أنه يمكن إدارة عدد كبير منها بسهولة أكبر مقارنة بالحواسيب الكمومية الأخرى.
كما أن مايكروسوفت متحمسة لإمكانية احتواء ما يصل إلى مليون كيوبت على هذا المعالج. عند الوصول إلى هذا الحد، يمكن أن يصبح الحاسوب الكمومي قادرًا على العمل بثبات، أي مع تصحيح كافٍ للأخطاء، ليبدأ في حل مشكلات تتجاوز إمكانيات الحواسيب الكلاسيكية الحالية.
تشمل هذه التحديات محاكاة الجزيئات المعقدة لتطوير الأدوية، وتحسين التفاعلات الكيميائية لإنتاج الأسمدة بكفاءة أكبر (وهو قطاع مسؤول حاليًا عن 5% من إجمالي انبعاثات غازات الاحتباس الحراري عالميًا)، ونمذجة مواد جديدة لتطوير بطاريات أو خلايا شمسية أفضل، وإجراء حسابات مالية معقدة لحل القضايا الاقتصادية الكلية.
بالطبع، هذه الشريحة ليست متاحة تجاريًا حاليًا، ومن المرجح أن تُستخدم فقط للتقييم، والمحاكاة، وتطوير الشرائح المستقبلية.
كما أن مايكروسوفت متحمسة لإمكانية احتواء ما يصل إلى مليون كيوبت على هذا المعالج. عند الوصول إلى هذا الحد، يمكن أن يصبح الحاسوب الكمومي قادرًا على العمل بثبات، أي مع تصحيح كافٍ للأخطاء، ليبدأ في حل مشكلات تتجاوز إمكانيات الحواسيب الكلاسيكية الحالية.
تشمل هذه التحديات محاكاة الجزيئات المعقدة لتطوير الأدوية، وتحسين التفاعلات الكيميائية لإنتاج الأسمدة بكفاءة أكبر (وهو قطاع مسؤول حاليًا عن 5% من إجمالي انبعاثات غازات الاحتباس الحراري عالميًا)، ونمذجة مواد جديدة لتطوير بطاريات أو خلايا شمسية أفضل، وإجراء حسابات مالية معقدة لحل القضايا الاقتصادية الكلية.
بالطبع، هذه الشريحة ليست متاحة تجاريًا حاليًا، ومن المرجح أن تُستخدم فقط للتقييم، والمحاكاة، وتطوير الشرائح المستقبلية.
كيف صنعت مايكروسوفت هذا المعالج؟
ربما يكون الجزء الأكثر إثارة في إعلان مايكروسوفت هو كيف وصلت إلى هذه النقطة. تقول الشركة إن هذا المشروع هو واحد من أطول مشاريعها البحثية، حيث استغرق 17 عامًا من العمل، إضافةً إلى تاريخ أطول من الأبحاث في الفيزياء النظرية التي تحولت الآن إلى واقع ملموس.
في عام 1937، وصف الفيزيائي الإيطالي إيتوري ماجورانا جسيمًا دون ذري يُعرف باسم فرميون ماجورانا، وهو يتمتع بحالة ميكانيكية كمومية فريدة تجعله مقاومًا للاضطرابات المحلية. جعلت هذه الخاصية الجسيم مرشحًا مثاليًا لبناء كيوبتات مستقرة للحوسبة الكمومية، حيث إنها تنتج أخطاءً أقل.
تقول مايكروسوفت إنها نجحت في رصد هذه الجسيمات العام الماضي، وتمكنت الآن من تسخيرها للتطبيقات العملية في عملية تصنيع الرقائق. تحديدًا، تستخدم الشركة أنماط الصفر الخاصة بماجورانا (MZM)، وهي شبه جسيمات توجد عند أطراف الأسلاك النانوية الفائقة التوصيل الطوبولوجية المصنوعة من مادة جديدة تُعرف باسم "التوبوكوندكتور"، والتي تُستخدم كعناصر أساسية لبناء الكيوبتات في هذا المعالج.
في عام 1937، وصف الفيزيائي الإيطالي إيتوري ماجورانا جسيمًا دون ذري يُعرف باسم فرميون ماجورانا، وهو يتمتع بحالة ميكانيكية كمومية فريدة تجعله مقاومًا للاضطرابات المحلية. جعلت هذه الخاصية الجسيم مرشحًا مثاليًا لبناء كيوبتات مستقرة للحوسبة الكمومية، حيث إنها تنتج أخطاءً أقل.
تقول مايكروسوفت إنها نجحت في رصد هذه الجسيمات العام الماضي، وتمكنت الآن من تسخيرها للتطبيقات العملية في عملية تصنيع الرقائق. تحديدًا، تستخدم الشركة أنماط الصفر الخاصة بماجورانا (MZM)، وهي شبه جسيمات توجد عند أطراف الأسلاك النانوية الفائقة التوصيل الطوبولوجية المصنوعة من مادة جديدة تُعرف باسم "التوبوكوندكتور"، والتي تُستخدم كعناصر أساسية لبناء الكيوبتات في هذا المعالج.
شريحة Majorana 1 تحتوي حاليًا على ثمانية كيوبتات، لكنها قادرة على استيعاب أكثر من مليون كيوبت.
تمثل التوبوكوندكتورات نوعًا جديدًا من المواد، حيث تعرض حالة جديدة تمامًا للمادة تختلف عن الحالة الصلبة أو السائلة أو الغازية. في هذه الحالة، يتم الجمع بين زرنيخ الإنديوم (وهو أشباه موصلات) والألمنيوم (وهو موصل فائق) وتبريدهما إلى ما يقرب من الصفر المطلق وضبطهما باستخدام مجالات مغناطيسية لتحقيق الحالة المعروفة باسم التوصيل الفائق الطوبولوجي.
في هذه المرحلة، تتشكل الأسلاك النانوية الفائقة التوصيل الطوبولوجية، مع وجود MZM عند أطرافها. تقوم هذه MZM بتخزين المعلومات الكمومية، حيث تشارك إلكترونًا غير مزدوج فيما بينها. يجعلها ذلك غير مرئية للتداخلات الخارجية، مما يحمي المعلومات الكمومية ويسمح بتشغيل أكثر استقرارًا للحواسيب الكمومية.
بالطبع، مايكروسوفت لم تنتهِ بعد. كما هو الحال مع الشركات الأخرى التي تطور تقنيات الحوسبة الكمومية – مثل جوجل – تسعى مايكروسوفت لدمج مليون كيوبت في معالج واحد، بحيث يصبح قادرًا على التعامل مع التحديات المعقدة. قد لا يكون هذا الإنجاز بعيد المنال بعقود كما كان متوقعًا، بل قد يتحقق خلال سنوات قليلة فقط.
في هذه المرحلة، تتشكل الأسلاك النانوية الفائقة التوصيل الطوبولوجية، مع وجود MZM عند أطرافها. تقوم هذه MZM بتخزين المعلومات الكمومية، حيث تشارك إلكترونًا غير مزدوج فيما بينها. يجعلها ذلك غير مرئية للتداخلات الخارجية، مما يحمي المعلومات الكمومية ويسمح بتشغيل أكثر استقرارًا للحواسيب الكمومية.
بالطبع، مايكروسوفت لم تنتهِ بعد. كما هو الحال مع الشركات الأخرى التي تطور تقنيات الحوسبة الكمومية – مثل جوجل – تسعى مايكروسوفت لدمج مليون كيوبت في معالج واحد، بحيث يصبح قادرًا على التعامل مع التحديات المعقدة. قد لا يكون هذا الإنجاز بعيد المنال بعقود كما كان متوقعًا، بل قد يتحقق خلال سنوات قليلة فقط.