تُعَدّ الحوسبة الكمومية مجالًا مثيرًا، حيث تتنافس الشركات على تصميم أجهزة قادرة على معالجة مشكلاتٍ معقدة. في الماضي، كان التركيز على ضغط أكبر عدد ممكن من البتات الكمومية على رقاقة واحدة، لكن هذه الطريقة تواجه حدودًا بسبب تحديات التصنيع والاتصال. الآن، يتجه التركيز إلى ربط العديد من المعالجات الكمومية معًا لبناء أجهزة كمبيوتر كمومية ضخمة قادرة على معالجة مشاكل العالم الحقيقي. 🚀
أول حاسوب كمومي وحدة: زانادو تُحدث نقلة نوعية
في كانون الثاني، أعلنت زانادو الكندية عن حاسوب كمومي وحدة، يعتبر الأول من نوعه. تعتمد زانادو على الفوتونات في بنائها، وهي طريقة بديلة لإنشاء البتات الكمومية. في دراسةٍ نشرت في مجلة Nature، أوضح الباحثون كيف ربطوا 35 رقاقة فوتونية و13 كيلومترًا من الألياف البصرية عبر أربعة رفوف خوادم، لإنشاء حاسوبٍ كموميٍّ مكوّن من 12 كيوبت يسمى أورورا. على الرغم من وجود حواسيب كمومية ذات عدد أكبر بكثير اليوم، إلا أن زانادو تؤكد أن هذا التصميم يمثل المكونات الرئيسية لمعماريةٍ قابلة للتوسع إلى ملايين الكيوبتات. 💡
النمط المودولي يكتسب زخماً
لا تقف زانادو وحدها في هذا الاتجاه؛ فشركاتٌ أخرى مثل IBM و IonQ بدأت تجاربها في ربط معالجاتها الكمومية معًا. تُظهر الشركات الناشئة أيضًا اهتمامًا كبيرًا بتطوير التقنيات الداعمة لهذا التحول المذهل. 🤝
يؤكد كريستيان ويذبروك، الرئيس التنفيذي لزانادو، أن النمط المودولي هو مفتاح التوسع، لكن التركيز سابقا كان على تطوير التقنية الأساسية للبتات الكمومية، التي كانت تمثل تحدياً تقنياً كبيراً. الآن، مع توفر رقائق ذات استخداماتٍ عملية، ومع وجود معالجاتٍ تضمّ أكثر من 1000 بت كموميّ، يبدو أن التركيز ينتقل نحو الربط المُتَعدّد. 🔄
يقول ويذبروك: “للوصول إلى مليون كيوبت، الحد الذي يُمكّن من معالجة مشاكل العملاء، لن تتمكن من وضعها جميعًا على رقاقة واحدة. الطريقة الوحيدة لزيادة الحجم حقًا هي من خلال الربط المُتعدّد.” 📈
مزايا النمط المودولي و تحدياته
تُعَدّ طريقة زانادو التي تعتمد على الضوءيات مختلفة عن الطرق التقليدية التي تعتمد على الكيوبتات المُعدمة التوصيل، لأنّها متوافقة مع تقنية الشبكات التقليدية مما يُبسّط الاتصال. ومع ذلك، تواجه زانادو تحدي فقدان الضوء البصري الذي يُؤثر على دقة الحاسوب الكمومي أورورا. تهدف زانادو إلى تقليل هذه الخسائر خلال العامين المقبلين من خلال تطوير مكوناتٍ أفضل وتحسين الهندسة المعمارية. 💻
تخطط شركة IBM أيضًا لعملٍ كبير في هذا المجال هذا العام، حيث صممت معالجًا بـ 462 كيوبتًا يُدعى فلامينغو مزودًا بربط اتصالٍ كموميّ مُدمج. في وقت لاحق من هذا العام، تخطط IBM لربط ثلاثةٍ من هذه المعالجات، لإنشاء أكبر كمبيوترٍ كموميّ مُجزّأ حتى الآن. 🧱
يُعتبر النهج المودولي حجر الزاوية في خارطة طريق IBM الكمومية، حسبما صرّح أوليفر دايال، كبير مسؤولي التكنولوجيا في IBM Quantum. بالرغم من تقدم IBM في حشو المزيد من الكيوبتس في المعالجات، إلا أن هناك حدودًا لحجم الرقائق. يُصبح تحدي توصيل الإلكترونيات للتحكم أكبر مع زيادة حجمها. بناء أجهزة كمبيوتر من مكونات أصغر وأكثر قابلية للاختبار والاستبدال يُبسط التصنيع والصيانة. 🛠️
تُستخدم IBM كيو بيتس فائقة التوصيل، التي تعمل بسرعات عالية وسهلة الصنع نسبيًا، لكنها أقل ملاءمة للشبكات من تقنيات الكمومية الأخرى. هذه الكيوبتات تعمل بترددات الموجات الدقيقة، وبالتالي لا يمكنها التفاعل بسهولة مع الاتصالات البصرية. يُجبر ذلك IBM على تطوير موصلاتٍ مُخصصة لتوصيل الرقائق المُجاورة والبعيدة. 🔌
يبحث IBM أيضًا في تحويل الكمّات، الذي يحوّل الفوتونات الميكروية إلى ترددات بصرية، لكن دقة العروض الحالية بعيدة عن المتطلبات، لذا لم يُدخل هذا التحويل ضمن الخطة الرسمية لـ IBM حتى الآن. 🔬
تُعَدّ الكيوبتات القائمة على الأيونات المحصورة والذرات المتعادلة أكثر ملاءمةً للشبكات البصرية، حيث تفاعل مباشر مع الفوتونات. أظهرت IonQ مؤخرًا إمكانية إشراك أيونات محصورة على معالجاتٍ مختلفة. 💡
يتطلب توسيع نطاق هذا الأمر لربط أعداد كبيرة من المعالجات الكمومية الكثير من العمل. سيتطلب مُحلِّلات حالات الجسيمات، المُنفّذة حاليًا باستخدام مكونات بصرية، تصغيرًا وصنعًا باستخدام البصريات المتكاملة. بالإضافة إلى ذلك، فإن الألياف الضوئية مُزعجة، مما يعني أن جودة التشابك الذي تم إنشاؤه عبر تلك القنوات منخفضة نسبيًا. تخطط IonQ لإنشاء العديد من أزواج الكيوبتات المُتشابكة ضعيفة، وإجراء عمليات لتنقية تلك الأزواج إلى عدد أقل من التشابكات ذات الجودة العالية. 🚧
تُعنى Welinq الفرنسية بهذه المشكلة من خلال دمج ذاكرةٍ كمومية في وصلة الاتصال الخاصة بها. يقول الرئيس التنفيذي توم داراس إن أحد أسباب عدم كفاءة التشابك عبر وصلات الاتصال الضوئية هو أن الفوتونين المطلوبين غالبًا ما يُطلقان في أوقات مختلفة، لذا فإنّهما “يفوّتان” بعضهما البعض ولا يتمكنان من التشابك. يُضاف دمج ذاكرة مُخزّن مؤقتًا، ما يساعد على مزامنة الفوتونات. 🚀
يقول داراس: “عندما تحتاج إلى اجتماعهم، يجتمعون بالفعل. هذه التقنيات تمكننا من خلق التشابك بسرعة كافية بحيث يكون مفيدًا للحوسبة المُوزّعة.” 🤝
حاجة الحواسيب الكمومية المُجزّأة الوظيفية إلى مزيد من الخطوات
بمجرد ربط العديد من المعالجات، يتحول التحدي إلى تشغيل خوارزمياتٍ كمومية عبرها. طورت Welinq مُصرّفًا كموميًا، يُدعى araQne، يُحدد كيفية تقسيم خوارزمية عبر العديد من المعالجات مع تقليل تكلفة الاتصال. 💻
حقق باحثون من جامعة أكسفورد تطوراً بارزاً في هذا المجال، مع أول إثبات مقنع لخوارزميةٍ كمومية تعمل عبر معالجين متصلين. أجرى الباحثون عملياتٍ منطقية بين وحدات كمومية من أيونات محصورة على أجهزة مختلفة. 🧑🔬
الجزء الأخير من اللغز سيتمثل في معرفة كيفية تكييف خطط تصحيح الأخطاء لهذا المستقبل المودولي الجديد. أظهرت شركة ناشئة Nu Quantum مؤخراً إمكانية تصحيح الأخطاء الكمومية الموزعة ليس فقط من الناحية العملية، بل من الناحية الفعالة أيضاً. 🎉
تقول كارمن بالاسيو-بيرراكيرو، الرئيس التنفيذي لشركة نو كوانتوم: “هذه نتيجة كبيرة حقًا، لأنه، وللمرة الأولى، أصبح الحوسبة الكمومية المُوزّعة والنمطية خيارًا حقيقيًا. في السابق، لم نكن نعرف كيف سنحقق ذلك بطريقة متينة ضد الأخطاء، أو ما إذا كان فعالاً أو قابلًا للتطبيق.” 🎯
يظهر هذا المقال في عدد مارس ٢٠٢٥ المطبوع.