الموصلية الفائقة الثلاثية والكيوبتات الكمومية

تستخدم معظم النماذج الأولية الحالية لأجهزة الكمبيوتر الكمومية مواد فائقة التوصيل لإجراء الحوسبة الكمومية، حيث أن هذه المواد قادرة على الحفاظ على الخصائص الكمومية بشكل أكثر استقرارًا، مع كون البديل الرئيسي هو ما يسمى "الكمبيوتر الكمومي للأيونات المحصورة".

حتى الآن، أثبتت نماذج الأيونات المحصورة فقط أنها موثوقة بما فيه الكفاية، لكنها محدودة للغاية في عدد الكيوبتات المفيدة التي يمكن أن تحتويها (المكافئ الكمي للبت في الكمبيوتر العادي).

بالطبع، الخيار الأمثل هو تحسين المواد فائقة التوصيل لتصبح مناسبة للحسابات الكمومية. وقد بُذلت بعض الجهود في هذا الاتجاه، لا سيما مع جراحة شعريةو مع كيوبتات تدوم لفترة أطوللكن مع ذلك، يثبت هذا أنه غير كافٍ لإنشاء أجهزة كمبيوتر كمومية فائقة التوصيل قابلة للتطوير تجاريًا.

يُعدّ علم الإلكترونيات الدورانية مجالًا متقدمًا آخر في علوم الحاسوب، إذ يستخدم الخصائص الكمومية للجسيمات، أي الدوران، بدلًا من الشحنات الكهربائية كما في الحوسبة الإلكترونية التقليدية. وحتى الآن، كانت الحوسبة الكمومية والإلكترونيات الدورانية مرتبطتين نوعًا ما، لكنهما لم تُدمجا بشكل مباشر، لأن المواد فائقة التوصيل لا تمتلك دورانًا. على الأقل حتى الآن.

(يمكنك معرفة المزيد عن الإلكترونيات الدورانية) في مقالنا المخصص لهذه التقنية)

ربما يكون فريق من الباحثين في الجامعة النرويجية للعلوم والتكنولوجيا وجامعة ساليرنو (إيطاليا) قد اكتشفوا موصلًا فائقًا ثلاثيًا، وهو نوع من الموصلات الفائقة ذات خصائص دوران فريدة.

قد يُحدث هذا النوع الجديد من المواد فائقة التوصيل نقلة نوعية في بناء الحواسيب الكمومية فائقة التوصيل. وقد نشر الباحثون نتائجهم في مجلة Physical Review Letters، تحت عنوان "الكشف عن الموصلية الفائقة الثلاثية الجوهرية في مادة NbRe غير المتناظرة مركزياً من خلال تأثيرات صمام الدوران العكسي".

"يُعدّ الموصل الفائق الثلاثي من أهمّ الأهداف التي يسعى إليها العديد من الفيزيائيين العاملين في مجال فيزياء الحالة الصلبة. وتُعتبر المواد التي تُصنّف كموصلات فائقة ثلاثية بمثابة "الكأس المقدسة" في تكنولوجيا الكم، وتحديداً في الحوسبة الكمومية."

الأستاذ جاكوب ليندر – الجامعة النرويجية للعلوم والتكنولوجيا

في غضون ذلك، قام فريق آخر من الباحثين في معهد نيلز بور بجامعة كوبنهاغن، والجامعة النرويجية للعلوم والتكنولوجيا، ومعهد ليدن لعلوم الحاسوب المتقدمة (هولندا)، وجامعة تشالمرز للتكنولوجيا (السويد)، وجامعة ريغنسبورغ (ألمانيا)، والشركة آلات الكم لقد اكتشفوا كيفية معالجة العيوب، وهي مشكلة رئيسية تعاني منها المواد فائقة التوصيل، من خلال شكل جديد من أشكال الكشف الفعال عن التقلبات.

نشروا نتائجهم في مجلة Physical Review X2، تحت عنوان "تتبع تكيفي في الوقت الحقيقي لمعدلات الاسترخاء المتذبذبة في الكيوبتات فائقة التوصيل".

الموصلات الفائقة الثلاثية

مرر للتمرير →

لماذا هو مهم؟

من الناحية النظرية، يمكن أن يكون الدوران وسيلة مثالية لنقل المعلومات الكمومية بين الكيوبتات وبين أجهزة الكمبيوتر الكمومية المختلفة.

تكمن المشكلة في أن التكنولوجيا في شكلها الحالي غير مستقرة للغاية، ونقل المعلومات معقد للغاية بحيث لا يمكن أن يكون ذا فائدة عملية.

لكن هذا قد لا يكون صحيحاً إذا تمكنا من الوصول إلى الموصلات الفائقة الثلاثية. ذلك لأنها قادرة على نقل اللف المغزلي دون فقدان الطاقة، وبالتالي تحمل الجسيمات فائقة التوصيل اللف المغزلي معها.

"تتيح الموصلات الفائقة الثلاثية حدوث عدد من الظواهر الفيزيائية غير العادية. لهذه الظواهر تطبيقات مهمة في تكنولوجيا الكم والإلكترونيات الدورانية."

الأستاذ جاكوب ليندر – الجامعة النرويجية للعلوم والتكنولوجيا

لذا، فبينما يستطيع الموصل الفائق الأحادي العادي نقل الطاقة دون مقاومة، يستطيع الموصل الفائق الثلاثي أيضًا نقل تيارات الدوران بمقاومة معدومة تمامًا. ونتيجة لذلك، يمكن للحاسوب الكمومي أو الإلكتروني الدوراني أن يكون فائق السرعة مع استهلاك شبه معدوم للطاقة!

سبائك النيوبيوم والرينيوم

في عملهم، اكتشف الباحثون أن NbRe، وهو سبيكة من النيوبيوم والرينيوم، يُظهر سلوكًا مميزًا للموصل الفائق الثلاثي.

وبشكل أدق، فقد وجدوا "تأثير صمام الدوران العكسي"، وهي حالة خاصة من المقاومة المغناطيسية العملاقة، وهي خاصية مغناطيسية للمواد متعددة الطبقات، وقد فاز هذا الاكتشاف بجائزة نوبل عام 2007.

هذا ليس، في حد ذاته، دليلاً على أن NbRe هو موصل فائق ثلاثي، ولكنه يثبت بالتأكيد أنه لا يتصرف بالطريقة التي ينبغي أن يتصرف بها الموصل الفائق الأحادي التقليدي.

الإمكانات طويلة المدى

يتمتع هذا الاكتشاف بإمكانيات إضافية حيث أن NbRe متوفر بسهولة في شكل أغشية رقيقة، وبساطة البنية غير المتجانسة تجعله قابلاً للتطبيق بشكل خاص كمنصة قابلة للتطوير للإلكترونيات الدورانية فائقة التوصيل.

بالإضافة إلى ذلك، تعمل المادة كموصل فائق عند درجة حرارة عالية نسبيًا (على الأقل وفقًا لمعايير المواد فائقة التوصيل)، أو 7 درجات مئوية فوق الصفر المطلق عند -273.15 درجة مئوية (-459.67 درجة فهرنهايت)، في حين أن معظم المواد المرشحة الأخرى تحتاج إلى درجة واحدة فقط فوق الصفر المطلق.

ومع ذلك، فإن كلاً من النيوبيوم والرينيوم معادن نادرة وباهظة الثمن، لذا فإنهما لن يجعلا أجهزة الكمبيوتر الكمومية أرخص بشكل مباشر.

تتمثل الخطوة التالية في قيام باحثين آخرين بتأكيد هذه النتائج وإجراء المزيد من الاختبارات التي تشير إلى الموصلية الفائقة الثلاثية.

يمكن أيضاً استخدام الموصلات الفائقة الثلاثية لإنتاج نوع غريب جداً من الجسيمات يُسمى "جسيم ماجورانا"، وهو جسيم مضاد لذاته. ولذلك، يمكنه إجراء العمليات الحسابية في الحاسوب الكمومي بطريقة مستقرة.

كما يفعل باحثون آخرون أيضاً الاقتراب من الاستفادة من جزيئات ماجورانا ومايكروسوفت لديها بالفعل شريحة مزودة بأوضاع ماجورانا الصفرية (MZMs)، ويبدو أن هذا اتجاه واعد بشكل متزايد للتقدم المستقبلي للحوسبة الكمومية.

الكشف عن عيوب المواد الكمومية

تغييرات سريعة للغاية

غالباً ما تحتوي المواد التي تُدمج فيها الكيوبتات على عيوب مسؤولة عن عدم موثوقية الكيوبت. ويمكن أن تتذبذب هذه العيوب مكانياً بسرعة فائقة، تصل أحياناً إلى مئات المرات في الثانية.

لذا فإن الطريقة الحالية للكشف عن هذه العيوب، والتي قد تستغرق دقيقة كاملة، غير كافية تماماً لاكتشافها. في الواقع، لم يكن أحد يعرف بدقة مدى سرعة حدوث ذلك حتى الآن.

بدلاً من ذلك، يضطر الباحثون إلى قياس متوسط ​​معدل فقدان الطاقة، الأمر الذي غالباً ما يعطي صورة غير مكتملة عن الأداء الحقيقي للكيوبت.

ونتيجة لذلك، تحتاج أجهزة الكمبيوتر الكمومية التي تعتمد على الموصلية الفائقة إلى الاعتماد على العديد من "الحيل" لتتمكن من إجراء حساباتها، حتى عندما يعاني الكيوبت في كثير من الأحيان من فقدان الترابط، دون أن يتمكن المستخدم من اكتشاف ذلك.

استخدام أجهزة الكمبيوتر الكلاسيكية للمساعدة

لتسريع عملية اكتشاف العيوب، استخدم الباحثون مصفوفة البوابات المنطقية القابلة للبرمجة الميدانية (FPGA)، وهي وحدة تحكم متخصصة. هذه الرقائق المتخصصة ليست بنفس مرونة تلك المستخدمة في وحدات المعالجة المركزية أو وحدات معالجة الرسومات، لكنها فائقة التخصص، وأسرع بكثير في أداء مهمة محددة، وأقل استهلاكًا للطاقة.

من خلال إجراء التجربة مباشرة على FPGA، تمكنوا من تكوين "أفضل تخمين" لمدى سرعة فقدان الكيوبت لطاقته بناءً على عدد قليل من القياسات فقط.

على الرغم من أن هذا يبدو حلاً واضحاً، إلا أن برمجة FPGA بشكل صحيح كانت صعبة للغاية، خاصة إذا كانت FPGA بحاجة إلى أن تكون مرنة بعض الشيء.

الطريقة التي استخدموها هي أن الشريحة تقوم بتحديث "معرفتها" الداخلية، والتي تسمى نموذج بايزي، بعد كل قياس كيوبت واحد.

المصدر مراجعة البدنية X

وقد سمح هذا للنظام بتكييف طريقة تعلمه لحالة الكيوبت باستمرار وبأكبر قدر ممكن من الكفاءة.

"تتيح وحدة التحكم تكاملاً وثيقاً للغاية بين المنطق والقياسات والتغذية الأمامية: هذه المكونات جعلت تجربتنا ممكنة."

أستاذ مشارك مورتن كيجارد – معهد نيلز بور

نحو معايرة في الوقت الحقيقي

حتى الآن، كان على صناعة الحوسبة الكمومية أن "تأمل" فقط أن تكون وحدات الكيوبت الخاصة بها لا تزال تعمل، وعملت بجد لتقليل احتمالية وسرعة فقدان الترابط.

لكن هذا النهج الجديد يفتح الطريق أمام الحساب الذي يختار الكيوبتات الموثوقة بنشاط، حتى مع المواد الأقل من المثالية.

"بفضل خوارزميتنا، يمكن لأجهزة التحكم السريعة تحديد أي كيوبت "جيد" أو "سيئ" في الوقت الفعلي تقريبًا. كما يمكننا جمع إحصائيات مفيدة عن الكيوبتات "السيئة" في ثوانٍ بدلاً من ساعات أو أيام."

أستاذ مشارك مورتن كيجارد – معهد نيلز بور

على المدى الطويل، سيفتح هذا مجالًا جديدًا للبحث، حيث سيكون هناك فهم أفضل لما يجعل كيوبتًا فرديًا "سيئًا"، بدلاً من الاعتماد على المتوسطات والتخمينات.

خاتمة

كما هو الحال في فجر الإلكترونيات، سيأتي التقدم في الحوسبة الكمومية من اتجاهات متعددة.

يتمثل أحد الجوانب المهمة في إنتاج مواد فائقة التوصيل أفضل، قادرة على إنشاء كيوبتات أكثر استقرارًا ومتانة. وربما أيضًا نقل المعلومات في شكل تيار دوراني فائق التوصيل في الوقت نفسه.

في الوقت نفسه، يمكن أن يوفر الكشف المحسن عن فقدان التماسك لكيوبت معين طريقة تعتمد على أجهزة الاستشعار والبرمجيات لتحسين الأداء بشكل جذري دون الاعتماد على مواد أكثر تعقيدًا أو يصعب تصنيعها.

الاستثمار في ابتكارات الحوسبة الكمومية

مایکروسوفت

في حين تشتهر شركة Microsoft بحضورها القوي للغاية في أنظمة التشغيل Windows، فهي أيضًا شركة عملاقة في العديد من المجالات التقنية الأخرى.

على سبيل المثال، فهي الرائدة في حلول الأعمال، بما في ذلك Office (Outlook وWord وExcel وPowerPoint)، ولكن أيضًا مكالمات الشركات (Teams)، والتخزين السحابي المشترك (OneDrive)، وVisio (المخططات والمخططات)، وLoop (مساحة العمل التعاونية)، وAccess (قاعدة البيانات).

ورغم أنها ليست الشركة الرائدة في مجال الخدمات السحابية (التي تهيمن عليها خدمة AWS من أمازون)، فإن مايكروسوفت تشكل 20% من البنية التحتية السحابية العالمية من خلال منصة Azure، وهو ما يعادل الحصص المجمعة لشركات Google + Alibaba + Oracle.

المصدر رجل دولة

تعد شركة مايكروسوفت أيضًا مالكة LinkedIn، وGitHub، وXbox، والعديد من أكبر استوديوهات ألعاب الفيديو في العالم.

عندما يتعلق الأمر بالذكاء الاصطناعي، ركزت Microsoft بشكل أكبر على حالات الاستخدام الفنية وتطبيقات الأعمال أكثر من تطبيقات المستهلك، ولا سيما مع برنامج AI4Science، حول الذكاء الاصطناعي المفيد للبحث العلمي.

ويتضمن ذلك، على سبيل المثال، تسريع عمل علماء المواد لتصميم جزيئات جديدة أو أقطاب بطاريات من خلال يقوم الذكاء الاصطناعي بتضييق نطاق 32 مليون مادة محتملة إلى 500,000 مرشح، ثم إلى 800 في أقل من 80 ساعة.

المصدر مایکروسوفت

تستخدم شركات مثل يونيليفر بالفعل "الكيمياء التوليدية" لتسريع اكتشافاتها العلمية.

حتى الآن، عندما يتعلق الأمر بالحوسبة الكمومية، بدا أن مايكروسوفت متأخرة مقارنة بجوجل أو آي بي إم؛ حيث كانت تقدم خدمات الحوسبة الكمومية السحابية مع أزور الكميمكن أن تقدم الخدمة أيضًا "الحوسبة الهجينة"، التي تمزج بين الحوسبة الكمومية وخدمة الكمبيوتر العملاق التقليدية القائمة على السحابة.

المصدر مایکروسوفت

مع إطلاق مايكروسوفت لشريحتها الخاصة القائمة على جسيمات ماجورانا في أوائل عام 2025أصبحت الشركة واحدة من الشركات الرائدة عالمياً في مجال الحوسبة الكمومية.

مع وجود مواد جديدة مثل الموصلات الفائقة الثلاثية أو إمكانيات جديدة للمعايرة في الوقت الحقيقي، فمن المرجح أن تتمكن مايكروسوفت من مواصلة التقدم ودمج هذه الأدوات الجديدة في أجهزة الكمبيوتر الكمومية الخاصة بها.

(يمكنك أيضًا القراءة مقالنا الذي يسلط الضوء على مايكروسوفت ككل بمزيد من التفصيل (لفهم الشركة بشكل أفضل).

آخر أخبار وتطورات أسهم مايكروسوفت (MSFT)

الدراسة المرجعية

<sup>1. إف. كولانجيلو وآخرون، الكشف عن الموصلية الفائقة الثلاثية الجوهرية في مادة NbRe غير المتناظرة مركزياً من خلال تأثيرات صمام الدوران العكسي. مجلة Physical Review Letters، المجلد 135، العدد 226002 – نُشرت في 25 نوفمبر 2025. دوى: https://doi.org/10.1103/q1nb-cvh6
2. فابريزيو بيريتا، وآخرون. التتبع التكيفي في الوقت الحقيقي لمعدلات الاسترخاء المتذبذبة في الكيوبتات فائقة التوصيل. Phys. Rev. X 16, 011025 – نُشر في 13 فبراير 2026. DOI: https://doi.org/10.1103/gk1b-stl3</sup>