مايكروسوفت تراهن على شريحة Majorana 1 لحل أكبر مشكلات الحوسبة الكمية

كشفت مايكروسوفت عن شريحة Majorana 1، والتي تصفها بأنها وحدة معالجة كمية (QPU) ثورية تمثل خطوة نحو عصر جديد في الحوسبة الكمية، تعتمد هذه الشريحة على نوع جديد من المواد يُعرف باسم "الموصلات الطوبولوجية" (Topoconductors)، مما يمنحها القدرة على تحقيق مستوى من التوسع ظل حتى الآن بعيد المنال، ولكن الأهم من ذلك أنها قد تكون الحل المنتظر لأكبر عقبة تواجه الحوسبة الكمية: تصحيح الأخطاء وفقدان التماسك الكمي.

وتعتمد الحوسبة الكمية على الكيوبتات "Qubits"، التي تُصنع من الإلكترونات والفوتونات والأيونات المحاصرة لتخزين المعلومات. وعلى عكس وحدات البت التقليدية في الحوسبة الكلاسيكية، فإن الكيوبتات هشة للغاية، لدرجة أن إنشاء كيوبت منطقي واحد يتطلب عددًا كبيرًا من الكيوبتات الفيزيائية. لهذا السبب، تحتاج الحوسبة الكمية إلى آلية تُعرف بـ تصحيح الأخطاء الكمّي "Quantum Error Correction - QEC" للحفاظ على استقرار المعلومات.

من جهة أخرى، تعاني الكيوبتات من فقدان التماسك "Decoherence"، حيث تتأثر بالعوامل البيئية مثل الموجات الصوتية والاهتزازات والتغيرات الحرارية، مما يؤدي إلى فقدان حالتها الكمّية ومعلوماتها، وتظل إطالة زمن تماسك الكيوبتات تحديًا رئيسيًا لتوسيع نطاق الحوسبة الكمية.

هاتان المشكلتان—تصحيح الأخطاء وفقدان التماسك—تعتبران العقبة الأكبر أمام تطوير كمبيوترات كمية عملية، وحتى أفضل المعالجات الكمّية اليوم تحتوي على مئات الكيوبتات فقط، في حين أن الوصول إلى ميزة كمّية حقيقية يتطلب آلافًا أو حتى ملايين الكيوبتات.

وفقًا لمايكروسوفت، فإن شريحة Majorana 1 مبنية على "حالة جديدة من المادة"، مما يجعل الكيوبتات أسرع، أصغر، وأكثر استقرارًا مقارنة بالتقنيات الحالية، تستخدم الشركة تصميمًا مبتكرًا يعتمد على مواد هجينة تجمع بين أشباه الموصلات "إريديوم أرسنايد" والموصلات الفائقة "الألمنيوم"، عند تبريد هذه المواد إلى درجات حرارة قريبة من الصفر المطلق وتعديلها بالمجالات المغناطيسية، تتشكل أسلاك نانوية فائقة التوصيل طوبولوجيًا تحتوي على وضعيات Majorana صفرية MZMs عند أطرافها.

والكيوبتات الطوبولوجية في Majorana 1 بطبيعتها أقل تأثرًا بفقدان التماسك، مما يساعد في الحفاظ على المعلومات الكمية حتى عند تعرضها لعوامل خارجية، كما أنها مقاومة للتشويش البيئي، نظرًا لأن المعلومات الكمّية تُخزّن بطريقة غير محلية، مما يقلل من تأثير فقدان التماسك إلى مستويات لا تتجاوز الميكروثواني إلى الملليثواني.

أما فيما يتعلق بتصحيح الأخطاء الكمّية، فتؤكد مايكروسوفت أنها طوّرت نهجًا جديدًا يبسط عملية تصحيح الأخطاء بشكل كبير، فبدلًا من الاعتماد على عمليات تصحيح معقدة، تستخدم مايكروسوفت نبضات رقمية بسيطة لربط أو فصل النقاط الكمّية عن الأسلاك النانوية، وهذا يعني تقليل الحاجة إلى كميات هائلة من الكيوبتات الفيزيائية، مما يمهّد الطريق لبناء كمبيوترات كمية أقل تعقيدًا وأكثر استقرارًا.

وإذا نجحت مايكروسوفت في تحقيق رؤيتها، فإن الكيوبتات الطوبولوجية قد تحدث نقلة نوعية في مجال الحوسبة الكمية، حيث تقلل بشكل هائل عدد الكيوبتات المطلوبة للوصول إلى الاستقرار المطلوب، وقد يمنح ذلك الشركة تفوقًا على منافسيها مثل IBM، التي تعتمد على الكيوبتات فائقة التوصيل، وجوجل، التي تعمل على معالجها الكمّي Sycamore.

نجاح Majorana 1 قد يسرع تطوير أنظمة حوسبة كمية عملية وواسعة النطاق في غضون سنوات وليس عقودًا، مما يفتح الباب أمام تطبيقات ضخمة في التشفير، وعلوم المواد، وحتى الذكاء الاصطناعي العام AGI.