قد تحل الأقفاص الضوئية مشكلة الذاكرة في الحوسبة الكمومية

عنق الزجاجة: لماذا تحتاج الحوسبة الكمومية إلى ذاكرة جديدة

لكي يبدأ استخدام الكمبيوتر الكمومي، إن لم يكن بشكل روتيني، فعلى الأقل بشكل موثوق، سيحتاج إلى تكرار معظم الوظائف التي تؤديها أشباه الموصلات السيليكونية باستخدام مكونات متوافقة مع الكم: ليس فقط الحساب (المعالج/الرقائق)، ولكن أيضًا الشبكات والذاكرة.

يشهد مجال الشبكات تطوراً ملحوظاً. وقد شهدنا إطلاق نظام التشغيل QNodeOS. مخصص للشبكات الكمومية، جنبا إلى جنب رقائق ضوئية قابلة للإنتاج بكميات كبيرة, مضخمات النانو الضوئية للإربيومو النقل الكمومي باستخدام شبكات الألياف الضوئية التقليدية.

لكن الذاكرة كانت أكثر مراوغة. على الرغم من أن الموجات الصوتية قد توفر نوعًا من الحلول الهجينة فيما يتعلق بمسألة الاستقرار.

تنشأ هذه الصعوبة لأن الكيوبتات غير مستقرة للغاية، مما يتطلب مواد فائقة التوصيل، وعزلاً تاماً عن التداخل البيئي، ودرجات حرارة منخفضة للغاية.

يمكن للشبكات أن تُسهم جزئيًا في التخفيف من نقص الذاكرة عن طريق توجيه المعلومات إلى كيوبتات فيزيائية أخرى في المجموعة، لكن هذا الخيار محدود. ففي مرحلة ما، ستتطلب الحسابات المعقدة نظام ذاكرة طويل الأمد (وفقًا لمعايير الحوسبة الكمومية) قادرًا على الاحتفاظ بالبيانات الكمومية بشكل موثوق.

هذا بالضبط ما يبدو أن الباحثين في ألمانيا في جامعة هومبولت في برلين، وجامعة شتوتغارت، ومعهد لايبنيز لتكنولوجيا الفوتونيات قد حققوه.

ابتكروا "قفصًا ضوئيًا" نانويًا قادرًا على الاحتفاظ بالبيانات الكمومية لفترة زمنية غير مسبوقة. ونشروا نتائجهم في المجلة العلمية "الضوء: العلوم والتطبيقات".¹، تحت عنوان "تخزين الضوء في أقفاص ضوئية: منصة قابلة للتطوير لذاكرة الكم المتعددة الإرسال".

ما هي "الأقفاص الضوئية" النانوية؟

تشير الذاكرة الكمومية إلى المكونات القادرة على تخزين وحفظ المعلومات الكمومية السليمة (الكيوبتات).

من الناحية العملية، تعمل هذه الوظيفة مثل ذاكرة الوصول العشوائي (RAM): ليس لتخزين البيانات على المدى الطويل، ولكن للحفاظ على إمكانية الوصول إلى البيانات للخطوة التالية في عملية الحساب.

يتطلب هذا ثلاث خطوات متتالية:

1. التقاط الحالة الكمومية.
2. تخزين هذه الحالة بتنسيق أكثر استقرارًا من الكيوبتات المتطايرة.
3. استرجاع البيانات لمزيد من المعالجة.

كيف تعمل أقفاص الإضاءة المطبوعة ثلاثية الأبعاد

إن أساس عمل الباحثين الألمان هو "قفص الضوء". تم تصميم هذه الهياكل النانوية للاحتفاظ بالضوء دون أن يفقد خصائصه الكمومية.

المصدر خفيف

في هذه الحالة المحددة، استخدموا موجهات موجية ذات قلب مجوف مملوءة ببخار ذري من ذرات السيزيوم.

تم بناء الهياكل نفسها باستخدام تقنية الطباعة النانوية، وتحديداً تقنية الطباعة الحجرية بالبلمرة ثنائية الفوتون باستخدام أنظمة الطباعة ثلاثية الأبعاد التجارية.

ولضمان الاستقرار على المدى الطويل في بيئة السيزيوم التفاعلية، يتم طلاء الهياكل بطبقة واقية، مما يدل على متانة ملحوظة دون ملاحظة أي تدهور حتى بعد خمس سنوات من التشغيل.

المصدر خفيف

مزايا مقارنة بالذاكرة الكمومية التقليدية

يوفر هذا التصميم مزايا فريدة مقارنة بالمحاولات السابقة.

أولاً، تسمح هذه الهياكل المطبوعة بتقنية النانو بالانتشار السريع لذرات السيزيوم. وهذا يقلل الوقت اللازم لملء النواة بالبخار الذري من شهور إلى أيام فقط، مع الحفاظ على حصر ممتاز للمجال البصري.

ثانيًا، يسمح التصميم بالوصول الجانبي الفريد إلى المناطق الأساسية، مما يسهل استرجاع البيانات الكمومية عند الحاجة.

"لقد ابتكرنا هيكلاً توجيهياً يسمح بالانتشار السريع للغازات والسوائل داخل جوهره، مع التنوع وإمكانية التكرار التي توفرها عملية الطباعة النانوية ثلاثية الأبعاد."

وهذا يتيح قابلية التوسع الحقيقية لهذه المنصة، ليس فقط لتصنيع الموجهات داخل الشريحة ولكن أيضًا بين الشرائح، لإنتاج شرائح متعددة بنفس الأداء.

تُسهّل هذه القابلية للتوسع الوصول إلى مرحلة الإنتاج الصناعي والتجاري. فهي تسمح بوضع عدة وحدات ضوئية على نفس الشريحة، مما يزيد من إجمالي سعة الذاكرة المحتملة للمعالج الكمومي. وقد تم الحفاظ على التباينات داخل الشريحة الواحدة أقل من 2 نانومتر، بينما بقيت الاختلافات بين الشرائح أقل من 15 نانومتر.

نظراً لأن أداء التخزين بين أقفاص الإضاءة المختلفة ضئيل ومتسق، فإن التصميم ينتج عنه توقعات موثوقة للمهندسين.

مرر للتمرير →

يُعدّ التحول الهائل الآخر مقارنةً بمعظم تقنيات الحوسبة الكمومية هو أن ذاكرة القفص الضوئي تعمل عند درجة حرارة أعلى بقليل من درجة حرارة الغرفة ولا تتطلب تبريدًا فائقًا. وهذا يجعلها ليس فقط أكثر موثوقية، بل وأكثر اقتصادية بشكل ملحوظ أيضًا.

ما هي المدة التي يمكن أن تخزن فيها الأقفاص الضوئية البيانات؟

تُمكّن الأقفاص الضوئية من تحويل نبضات الضوء الموجهة بكفاءة عالية إلى إثارات ذرية جماعية. ويمكن لليزر التحكم البصري بعد ذلك إطلاق الضوء عند الحاجة، واسترجاع البيانات لإجراء حسابات كمومية إضافية.

نجح فريق البحث في تخزين نبضات ضوئية مخففة تحتوي على عدد قليل من الفوتونات لفترات تصل إلى عدة مئات من النانوثانية.

المصدر خفيف

على الرغم من أن هذا الإطار الزمني قد يبدو قصيرًا، إلا أنه يمثل مدة تخزين طويلة ومستقرة بشكل غير عادي من حيث الشبكات الكمومية والذاكرة الضوئية، خاصة بالنسبة للأنظمة المتوافقة مع درجة حرارة الغرفة.

توسيع نطاق الشبكات الكمومية باستخدام الذاكرة الضوئية

في حين ساعدت الشبكات حتى الآن في التعويض عن نقص الذاكرة، فإن الذاكرة الموثوقة يمكن أن تساعد على العكس من ذلك في إنشاء شبكات أكثر تعقيدًا.

بفضل توفيرها لتخزين موثوق، يمكن للذاكرة الكمومية أن تعمل كعقد مُكرِّرة، مما يُعزز موثوقية الشبكة الكمومية ونطاقها بشكل كبير. تُعد هذه خطوة هامة نحو ربط عدة رقائق كمومية في حاسوب عملاق واحد، بالإضافة إلى ربط الحواسيب الكمومية المتباعدة جغرافيًا.

خاتمة

شهدت الحوسبة الكمومية تقدماً هائلاً في السنوات القليلة الماضية، مع تطوير الشبكات ورقائق كمومية أكبر حجماً وقابلة للتوسع. وكانت الحلقة المفقودة لإنشاء حاسوب كمومي متكامل أو شبكة كمومية واسعة النطاق هي مكونات الذاكرة الموثوقة.

قد يكون استخدام هذه الأقفاص الضوئية المحسنة هو المفتاح لتسريع تطوير الحوسبة الكمومية، وذلك بفضل عملية التصنيع الرخيصة والموثوقة.

من المرجح أن تكون الخطوة التالية هي الاختبار العملي باستخدام رقائق الكم الحالية وتحسين عملية التصنيع لدمجها في الممارسات القياسية لمصنع أشباه الموصلات.

الاستثمار في الحوسبة الكمومية

هانيويل / كوانتينوم (HON)

Quantinuum هي نتيجة اندماج Honeywell Quantum Solutions وCambridge Quantum.

لا تزال شركة هانيويل المساهم الأكبر في الشركة (على الأرجح بنسبة ملكية تبلغ 52٪). بعد جولة لجمع التبرعات تقدر قيمتها بـ 10 مليارات دولاريُقال إن مؤسس الشركة، إلياس خان، يمتلك حوالي ٢٠٪ من أسهمها. ومن بين المساهمين الآخرين، شركة JSR Corporation، وميتسوي، وأمجين، وآي بي إم، وجيه بي مورغان.

طرح محتمل للاكتتاب العام لشركة كوانتينوم، ربما كجزء من عملية إعادة هيكلة مؤسسية أوسع نطاقاً. يقدر المحللون قيمتها بما يصل إلى 20 مليار دولار و قد يحدث بين عامي 2026 و2027.

لا تشكل الحوسبة الكمومية الجزء المركزي من أعمال شركة هانيويل، والتي تتمحور بشكل أكبر حول المنتجات في مجالات الطيران والفضاء والأتمتة والمواد الكيميائية والمواد المتخصصة.

ومع ذلك، قد يستفيد كل من هذه المجالات من الحوسبة الكمومية، وخاصة الكيمياء الحسابية والأمن السيبراني الكمي، مما قد يمنح هانيويل ميزة على منافسيها.

النموذج الرئيسي للشركة في الوقت الحالي هو هيليوس، خليفة H2، و"أكثر أجهزة الكمبيوتر الكمومية دقة في العالم". يحتوي على رقم قياسي بلغ 98 كيوبت مادي متصل بالكامل مع دقة بوابة كيوبت واحد تبلغ 99.9975٪ ودقة بوابة كيوبتين تبلغ 99.921٪ عبر جميع أزواج الكيوبت.

كما استفدنا من برنامج هيليوس لإجراء عمليات محاكاة واسعة النطاق في الموصلية الفائقة في درجات الحرارة العالية والمغناطيسية الكمومية - وكلاهما له مسارات واضحة لتطبيقات صناعية واقعية.

لقد سعت الشركة إلى تحقيق حوسبة عالية الجودة مع نسبة خطأ ضئيلة للغاية، بدلاً من مجرد إضافة أكبر عدد ممكن من الكيوبتات، مما أدى إلى إنشاء ما يسمى "الحوسبة الكمومية المتسامحة مع الأخطاء".

تُسمى هذه الطريقة من قبل الشركة "بتات كيوبية أفضل، نتائج أفضل"، حيث تحقق كمية مماثلة من البتات الكيوبية نتائج أكثر موثوقية بمقدار 100 إلى 1,000 مرة.

المصدر الكميات

قد يُحدث هذا فرقًا ملحوظًا في مجال التشفير المقاوم للحوسبة الكمومية الذي تشتد الحاجة إليه. شركة تاليس للصناعات الدفاعية (HO.PA -0.96٪ هو يتعاون بالفعل مع شركة كوانتينومكما هي بنوك دولية مثل بنك HSBC و JP مورغان.

تقدم Quantinuum أيضًا كيمياء الحوسبة الكمومية الخاصة بها إنكوانتو، قابلة للاستخدام في التطبيقات الدوائية وعلوم المواد والمواد الكيميائية والطاقة والفضاء الجوي.

مثل العديد من شركات الحوسبة الكمومية الأخرى، تقدم شركة Quantinuum جهاز Helios كخدمة "للأجهزة".مما يسمح للمستخدمين بالاستفادة من الحوسبة الكمومية دون الحاجة إلى التعامل مع تعقيد تشغيل النظام بأنفسهم.

وقعت شركة Quantinuum في نوفمبر 2024 شراكة مع شركة Infineon الألمانية، أكبر شركة مصنعة لأشباه الموصلات في أوروبا. ستقدم شركة Infineon تكنولوجيا الفوتونيات المتكاملة والإلكترونيات التحكمية للمساعدة في إنشاء الجيل القادم من أجهزة الكمبيوتر الكمومية ذات الأيونات المحاصرة.

مع اقتراب تقنيات الفوتونيات المتكاملة من التطبيقات العملية، بات من الواضح مدى أهمية هذه الشراكة لمستقبل شركة كوانتينوم. ويبدو أن الخطوة التالية للشركة ستكون إطلاق أول شريحة فوتونية-كمومية في العالم تركز على الذكاء الاصطناعي.

في الأشهر المقبلة، ستشارك Quantinuum نتائج التعاون الجاري، مع تسليط الضوء على الإمكانات الرائدة للتقدم القائم على الكم في مجال الذكاء الاصطناعي التوليدي.

ستعمل قدرة Gen QAI المبتكرة على تعزيز وتسريع استخدام الأطر العضوية المعدنية لتوصيل الأدوية، مما يمهد الطريق لخيارات علاج أكثر كفاءة وشخصية، وسيتم الكشف عن التفاصيل عند إطلاق Helios.

أعلنت شركة Quantinuum عن تحقيق اختراق في مجال الذكاء الاصطناعي الكمي التوليدي مع إمكانات تجارية هائلة

قد يؤدي المزيد من حالات الاستخدام المستمرة إلى تعزيز القيمة المستقبلية للشركة بشكل كبير، وبالتالي، حصة هانيويل فيها.

الذكاء الاصطناعي الكمي التوليدي: إطلاق العنان للإمكانات الكاملة للذكاء الاصطناعي

(يمكنك قراءة المزيد عن بقية أنشطة هانيويل الصناعية في مجال الأتمتة والفضاء والمواد المتقدمة في التقرير المخصص للشركة.)

أحدث أخبار وتطورات أسهم هانيويل (HON)

الدراسة المرجعية

^{1. غوميز لوبيز، إي.، ريتر، د.، كيم، ج. وآخرون. تخزين الضوء في أقفاص الضوء: منصة قابلة للتطوير لذاكرة الكم المتعددة. تطبيق Light Sci 15، 13 (2026). https://doi.org/10.1038/s41377-025-02085-5}