اختراق كيوبيتات ماجورانا: ما يعنيه للحوسبة الكمومية

حقق فريق من الباحثين من جامعة دلفت للتكنولوجيا ومؤسسات مرموقة أخرى إنجازًا مهمًا في الحوسبة الكمومية. ويركز عملهم على كيوبتات ماجورانا وكيفية دمجها بفاعلية في تصاميم الحواسيب المستقبلية. إليك ما تحتاج إلى معرفته.

فهم الحواسيب الكمومية

لفهم أهمية هذا العمل، لا بد من إلقاء نظرة على الحوسبة الكمومية وبعض التحديات التي يحاول الباحثون تجاوزها. تختلف الحواسيب الكمومية عن التقليدية لاعتمادها على ميكانيكا الكم، وتحديدًا الكيوبتات.

تستفيد الكيوبتات من التراكب والتشابك لتوفير قدرة حوسبية تفوق البتات الثنائية التقليدية بآلاف المرات. وتتيح هذه الخاصية إجراء حسابات ضخمة بالتوازي، ما يحسن الأداء بدرجة كبيرة.

تحدي الضوضاء البيئية

رغم أن الحواسيب الكمومية توفر قدرة أكبر، فإن تشغيلها وصيانتها أصعب بكثير. فهي تتطلب درجات حرارة شديدة الانخفاض، ولذلك تحتاج إلى حجرات تبريد عميق تضمن بقاء الكيوبتات في حالتها.

المصدر – Bervice

ومع ذلك، يظل فقدان التماسك مشكلة حتى مع وجود هذه الأنظمة. ويشير المصطلح إلى التداخل الناتج عن تفاعل النظام مع البيئة، وهو تداخل يجعل الكيوبتات غير قابلة للاستخدام في معظم الحالات.

استراتيجيات مكافحة فقدان التماسك

ابتكر المهندسون عدة طرق لمنع فقدان التماسك، ومن أشهرها تصحيح الأخطاء الكمومية (QEC). تستخدم هذه الطريقة كيوبتات منطقية مشفرة تُخزَّن إلى جانب الكيوبتات الفيزيائية، ما يتيح تصحيح الأخطاء.

وثمة نهج آخر هو الاقتران الديناميكي، حيث تُستخدم سلاسل من النبضات لتثبيت حالات الكيوبت. وتعمل النبضات على موازنة حالة التردد، فتظل الكيوبتات مستقرة مدة أطول.

الكيوبيتات الطوبولوجية

اسحب للتمرير →

من أكثر الحلول الواعدة استخدام الكيوبتات الطوبولوجية. فهي تستفيد من العزل بالتبريد العميق لإطالة زمن التماسك، كما أن تخزين المعلومات فيها بصورة غير محلية يمنع فقدان التماسك من التأثير في الجزأين معًا.

ويشير العلماء إلى أن تعطيل قدرة النظام على تصحيح الأخطاء يتطلب فشلًا يشمل النظام كله. وقد تكون هذه المقاومة الطبيعية لفقدان التماسك مفتاح إطلاق الإمكانات الحقيقية للتقنية.

الطبيعة الفريدة لكيوبيتات ماجورانا

وجد باحثو الكيوبتات الطوبولوجية نوعًا خاصًا يتيح هذا النهج. تظهر كيوبتات ماجورانا طبيعيًا في الموصلات الفائقة الطوبولوجية، وغالبًا عند حدودها، وتخزن الحالة بصورة موزعة تجعلها مقاومة بطبيعتها للتغييرات.

والأهم أن هذه الجسيمات شبه الأولية غير المعتادة هي أيضًا جسيماتها المضادة. وتمنحها هذه الخاصية مقاومة كبيرة لفقدان التماسك والضوضاء البيئية مقارنة بالكيوبتات التقليدية.

تجاوز تحديات الكشف

تكمن إحدى أكبر مشكلات كيوبتات ماجورانا في الخاصية نفسها التي تجعلها مثالية للتطبيقات الكمومية: التخزين غير المحلي. ولسنوات ناقش العلماء كيفية قراءة موجات ماجورانا أو حتى اكتشافها لأنها لا توجد عند نقطة محددة.

تخزن هذه الكيوبتات المعلومات بطريقة تجعلها غير مرئية للمستشعرات التقليدية، أو هكذا كان الاعتقاد. لكن فريقًا علميًا أثبت الآن طريقة فريدة لالتقاطها، ما يفتح الباب أمام أجهزة كمومية أكثر استقرارًا.

الاختراق: دراسة كيوبيتات ماجورانا

تكشف دراسة «قراءة التكافؤ بلقطة واحدة لسلسلة كيتايف دنيا»¹، المنشورة في مجلة Nature في 12 فبراير 2026، كيف تجاوزت التقنية أحد أكبر ألغاز الحوسبة الكمومية وسجلت قراءات آنية للتكافؤ الفرميوني.

السعة الكمومية: استراتيجية غير غازية

لتحقيق ذلك، ابتكر المهندسون استراتيجية قياس جديدة تُسمى السعة الكمومية. تستخدم الآلية مرنانًا بترددات الراديو لاستشعار تدفق الشحنة في الموصل الفائق وتحديد الحالات. ويتميز النهج بأنه غير تدخلي، فيتجاوز مشكلة عجز أجهزة الاستشعار عن قياس الكيوبتات من دون إحداث تداخل.

بناء سلسلة كيتايف الحد الأدنى

أنشأ المهندسون كيوبتات ماجورانا على بنية نانوية معيارية مصممة خصيصًا تُسمى سلسلة كيتايف الدنيا. وصُنعت الوحدة من نقاط كمومية شبه موصلة متصلة عبر موصل فائق.

وتكمن الميزة الأساسية في تمكين المهندسين من إنشاء أنماط ماجورانا صفرية قابلة للتحكم، بخلاف المحاولات السابقة التي اعتمدت على كيوبتات ماجورانا المتكونة طبيعيًا.

داخل مرحلة الاختبار

في مرحلة الاختبار، طبّق الفريق مسبار السعة الكمومية على سلسلة كيتايف الدنيا، ثم ضبط الجهاز على تردد تكوين ماجورانا. بعد ذلك عُزلت الكيوبتات لمنع أي تداخل. وللتأكد من الاستقرار، استُخدم استشعار متزامن للشحنة للتحقق من أن حالتي التكافؤ متعادلتان كهربائيًا.

النتائج الرئيسية والملاحظات

كانت النتائج لافتة؛ إذ تمكن المهندسون للمرة الأولى من تحديد ما إذا كان نمط ماجورانا زوجيًا أم فرديًا بدقة. ويمثل ذلك خطوة رئيسية نحو دمج هذه الكيوبتات الأكثر استقرارًا في العتاد الكمومي. كما تبين أن النهج يحتاج إلى لقطة واحدة فقط لقياس أعمار تكافؤ بالمللي ثانية.

وسجل الباحثون أيضًا قفزات تكافؤ عشوائية، ما دعم نظريتهم بأن المسبار الشامل هو أفضل وسيلة لمراقبة حالات كيوبتات ماجورانا في الزمن الحقيقي.

الفوائد لسوق الكم

سيحقق هذا العمل فوائد عديدة للسوق، وفي مقدمتها زيادة استقرار الأجهزة الكمومية. فهذه الأجهزة هشة حاليًا في عتادها وتشغيلها، ما يرفع تكاليف التشغيل والصيانة والبناء.

سيسهم استخدام كيوبتات ماجورانا في تحسين الأجهزة الكمومية بدرجة كبيرة، إذ يساعد المهندسين على بناء أجهزة أكثر استقرارًا ومتانة توفر قدرة حوسبية أكبر وبطاقة أقل من طرق التصحيح الأخرى.

ويجعل الاستقرار الطبيعي لكيوبتات ماجورانا منها خيارًا مثاليًا لبناء أجهزة كمومية متسامحة مع الأخطاء، مع تحسين التهيئة والتتبع والتوسع.

التطبيقات الواقعية والجدول الزمني

ستحسن التقنية تطبيقات عديدة، وأوضحها بناء حواسيب كمومية أفضل. إذ يمنح هذا العمل الأجهزة مستوى جديدًا من الاستقرار، ويخفض التكاليف، ويوسع إمكانية الوصول إليها.

اكتشاف الأدوية

أصبحت الحواسيب الكمومية عنصرًا مهمًا في اكتشاف الأدوية، لأنها تملك قدرة حسابية تكفي لنمذجة التفاعلات الجزيئية بدقة لا تستطيع الحواسيب الثنائية مجاراتها.

التشفير ومقاومة الأخطاء

تشكل الحواسيب الكمومية، بصرف النظر عن نوع الكيوبت، تهديدًا لأنظمة التشفير التقليدية مثل RSA وECC عبر خوارزميات مثل شور. وإذا ظهرت أنظمة قابلة للتوسع ومتسامحة مع الأخطاء تعتمد ماجورانا، فقد تسرّع موعد الاضطراب العملي في التشفير. ومع ذلك، ليست كيوبتات ماجورانا أداة تشفير بحد ذاتها، بل أساسًا عتاديًا مقترحًا لمعالجات كمومية أكثر استقرارًا.

الجدول الزمني المتوقع للصناعة

قد يستغرق وصول هذه التقنية إلى الجمهور من سبع إلى عشر سنوات. وما زال تحويل الاكتشاف من مفهوم إلى نطاق واسع يتطلب كثيرًا من العمل، لكن تزامنه مع تطورات كمومية أخرى قد يقصر المدة.

الباحثون الرائدون

أُجريت دراسة كيوبتات ماجورانا في جامعة دلفت للتكنولوجيا، وذكرت الورقة Ramón Aguado وLeo P. Kouwenhoven بوصفهما المؤلفين الرئيسيين. كما شارك فيها Nick van Loo وFrancesco Zatelli وGorm O. Steffensen وBart Roovers وGuanzhong Wang وThomas Van Caekenberghe وAlberto Bordin وDavid van Driel وYining Zhang وWietze D. Huisman وGhada Badawy وErik P. A. M. Bakkers وGrzegorz P. Mazur.

مستقبل القطاع

تُعد الدراسة محطة مهمة لقطاع الحوسبة الكمومية، إذ تؤكد مبدأ الحماية وتفتح الباب أمام اهتمام متجدد بالاستخدام المحتمل لكيوبتات ماجورانا في الأنظمة المستقبلية.

الاستثمار في ابتكار الحوسبة الكمومية

يتطور قطاع الحوسبة الكمومية بسرعة، وتشارك فيه شركات تقنية عدة أنفقت ملايين الدولارات على البحث والتطوير لإيصال الأجهزة الكمومية إلى الجمهور. وفيما يلي شركة رائدة في استخدام كيوبتات ماجورانا.

Microsoft

تأسست مايكروسوفت (MSFT ) عام 1975 على يد بيل غيتس وبول ألين. وانطلقت في نيو مكسيكو قبل أن تنتقل سريعًا إلى واشنطن بعد ترخيص MS-DOS لشركة IBM، وهي الخطوة التي أشعلت ثورة الحاسوب الشخصي.

حافظت مايكروسوفت على روح الابتكار في عصر الحوسبة الكمومية؛ فقد أطلقت شريحة Majorana 1 عام 2025. واستثمرت بكثافة في أبحاث الكيوبتات الطوبولوجية، بما يشمل خارطة طريق لمعمارية قائمة على ماجورانا وأجهزة تجريبية لإظهار أنماط ماجورانا قابلة للتحكم.

آخر أخبار وأداء مايكروسوفت (MSFT)

الخلاصة

تمثل الدراسة الخطوة التالية في تطور الحواسيب الكمومية، إذ تفتح الباب لأجهزة أكثر استقرارًا وأقل تكلفة، وتوضح طرقًا طبيعية لمنع فقدان التماسك. لذلك قد تكون الدفعة التي يحتاجها القطاع الكمومي للتقدم.

تعرف على اختراقات حوسبة أخرى مثيرة هنا.

المراجع

^{1. van Loo, N., Zatelli, F., Steffensen, G.O. et al. قراءة التوازي ذات اللقطة الواحدة لسلسلة كيتايف الحد الأدنى. Nature 650, 334–339 (2026). https://doi.org/10.1038/s41586-025-09927-7}