التوصيل الفائق الثلاثي والكيوبتات الكمومية

تستخدم معظم نماذج الحواسيب الكمومية الحالية موادًا فائقة التوصيل لإجراء الحوسبة الكمومية، حيث إن هذه المواد قادرة على الحفاظ على الخصائص الكمومية أكثر استقرارًا، والبديل الرئيسي هو ما يُسمى بـ ”حاسوب الكم الملتقط بالأيونات”.

حتى الآن، أثبتت نماذج الأيونات الملتقطة فقط أنها موثوقة بما فيه الكفاية، لكنها محدودة جدًا في عدد الكيوبتات المفيدة التي يمكنها احتواؤها (ما يعادل البت في الحاسوب العادي).

بالطبع، الخيار المثالي هو تحسين مواد الفائقة التوصيل لتصبح صالحة للحسابات الكمومية. وقد بُذلت بعض الجهود في هذا الاتجاه، لا سيما من خلال جراحة الشبكة والكيوبتات ذات العمر الطويل. ومع ذلك، لا يزال ذلك غير كافٍ لإنشاء حواسيب كمومية فائقة التوصيل تجارية وقابلة للتوسع.

مجال متقدم آخر في علوم الحوسبة هو السبينترونيات، الذي يستخدم الخصائص الكمومية للجسيمات، أي اللف المغزلي، بدلاً من الشحنات الكهربائية كما في الحوسبة الإلكترونية التقليدية. حتى الآن، كان هناك ارتباط جزئي بين الحوسبة الكمومية والسبينترونيات، لكنهما لم يندمجان مباشرةً، حيث إن مواد الفائقة التوصيل لا تمتلك اللف المغزلي. على الأقل حتى الآن.

(يمكنك معرفة المزيد عن السبينترونيات في مقالنا المخصص لهذه التقنية)

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

قد يكون هذا النوع الجديد من المواد الفائقة التوصيل نقطة تحول في بناء الحواسيب الكمومية الفائقة التوصيل. نشروا نتائجهم في مجلة Physical Review Letters تحت عنوان “كشف التوصيل الفائق الثلاثي الداخلي في NbRe غير المتماثل مركزيًا عبر تأثيرات صمام اللف العكسي”.

“الموصل الفائق الثلاثي يحتل مرتبة عالية في قائمة رغبات العديد من الفيزيائيين العاملين في مجال فيزياء الحالة الصلبة. المواد التي تكون موصلات فائقة ثلاثية هي نوع من “الكأس المقدسة” في التكنولوجيا الكمومية، وبشكل أكثر تحديدًا في الحوسبة الكمومية.” – الأستاذ جاكوب ليندر – الجامعة النرويجية للعلوم والتكنولوجيا

في الوقت نفسه، اكتشف فريق آخر من الباحثين في معهد نيلز بور في جامعة كوبنهاغن، والجامعة النرويجية للعلوم والتكنولوجيا، ومعهد لايدن للعلوم المتقدمة في الحوسبة (هولندا)، وجامعة تشالمرز للتكنولوجيا (السويد)، وجامعة ريجنسبورغ (ألمانيا)، وشركة Quantum Machines طريقة لاكتشاف العيوب، وهي مشكلة رئيسية تعيق المواد الفائقة التوصيل، باستخدام شكل جديد من الكشف الفعال عن التقلبات.

نشروا نتائجهم في مجلة Physical Review X2 تحت عنوان “تتبع تكيفي في الوقت الحقيقي لمعدلات الاسترخاء المتقلبة في الكيوبتات الفائقة التوصيل”.

الموصلات الفائقة الثلاثية

اسحب للتمرير →

لماذا يهم؟

نظريًا، يمكن أن يكون اللف المغزلي وسيلة مثالية لنقل المعلومات الكمومية بين الكيوبتات وبين الحواسيب الكمومية المختلفة.

المشكلة هي أن التقنية في شكلها الحالي غير مستقرة للغاية، وأن نقل المعلومات معقد جدًا بحيث لا يكون عمليًا.

مع ذلك، قد لا يكون هذا صحيحًا إذا حصلنا على موصلات فائقة ثلاثية. ذلك لأنها تستطيع نقل اللف دون فقدان للطاقة، وبالتالي تحمل الجسيمات الفائقة التوصيل اللف معها.

“الموصلات الفائقة الثلاثية تجعل عددًا من الظواهر الفيزيائية غير العادية ممكنة. لهذه الظواهر تطبيقات مهمة في التكنولوجيا الكمومية والسبينترونيات.” – الأستاذ جاكوب ليندر – الجامعة النرويجية للعلوم والتكنولوجيا

لذلك، بينما يستطيع الموصل الفائق الأحادي العادي نقل الطاقة دون مقاومة، يمكن للموصل الفائق الثلاثي أيضًا نقل التيارات المغزلية دون أي مقاومة على الإطلاق. ونتيجة لذلك، يمكن أن يكون الحاسوب الكمومي أو السبينتروني سريعًا للغاية بينما يعمل باستخدام شبه لا يستهلك أي طاقة!

سبائك النيوبىوم-الرينيوم

في عملهم، اكتشف الباحثون أن NbRe، سبيكة النيوبىوم-الرينيوم، تُظهر سلوكًا مميزًا للموصل الفائق الثلاثي.

وبشكل أكثر دقة، وجدوا “تأثير صمام اللف العكسي”، وهو حالة خاصة من المقاومة المغناطيسية الضخمة، وهي خاصية مغناطيسية للمواد متعددة الطبقات، وقد فاز هذا الاكتشاف بجائزة نوبل عام 2007.

هذا ليس بحد ذاته دليلًا على أن NbRe موصل فائق ثلاثي، لكنه يثبت بالتأكيد أنه لا يتصرف كما يجب أن يتصرف الموصل الفائق الأحادي التقليدي.

الإمكانات طويلة الأجل

يتمتع هذا الاكتشاف بإمكانات إضافية لأن NbRe متوفر بسهولة على شكل أفلام رقيقة، وبساطة البنية المتغايرة تجعلها منصة قابلة للتوسع بشكل خاص لتقنية السبينترونيات الفائقة التوصيل.

بالإضافة إلى ذلك، يعمل هذا المادة كموصل فائق عند درجة حرارة مرتفعة نسبيًا (على الأقل وفقًا لمعايير المواد الفائقة التوصيل)، أي فقط 7 درجات مئوية فوق الصفر المطلق عند -273.15 °م (-459.67 °ف)، بينما تحتاج معظم المواد المرشحة الأخرى إلى درجة واحدة فقط فوق الصفر المطلق.

ومع ذلك، فإن كلًا من النيوبىوم والرينيوم من المعادن المكلفة والنادرة، لذا لن تجعل الحواسيب الكمومية أرخص مباشرة.

الخطوة التالية ستكون أن يقوم باحثون آخرون بتأكيد هذه النتائج وإجراء اختبارات إضافية تشير إلى التوصيل الفائق الثلاثي.

يمكن أيضًا استخدام الموصلات الفائقة الثلاثية لإنشاء نوع غريب جدًا من الجسيمات يُسمى “جسيم ماجورانا”، وهو جسيم مضاد لنفسه. وبالتالي، يمكنه إجراء حسابات في الحاسوب الكمومي بطريقة مستقرة.

مع اقتراب باحثين آخرين من استغلال جسيمات ماجورانا، وامتلاك مايكروسوفت بالفعل رقاقة تحتوي على أوضاع ماجورانا الصفرية (MZMs)، يبدو أن هذا الاتجاه واعد بشكل متزايد لتقدم الحوسبة الكمومية في المستقبل.

كشف عيوب المواد الكمومية

تغييرات سريعة جدًا

غالبًا ما تُظهر المواد التي تُدمج فيها الكيوبتات عيوبًا مسؤولة عن عدم موثوقية الكيوبت. يمكن لهذه العيوب أن تتقلب مكانيًا بسرعة هائلة، أحيانًا مئات المرات في الثانية.

لذلك، فإن طريقة الكشف الحالية لهذه العيوب، التي قد تستغرق حتى دقيقة، غير كافية تمامًا لالتقاطها. في الواقع، لم يكن أحد يعرف بالضبط مدى سرعة حدوث ذلك حتى الآن.

بدلاً من ذلك، يُجبر الباحثون على قياس معدل فقدان الطاقة المتوسط، والذي غالبًا ما يعطي صورة غير مكتملة عن الأداء الحقيقي للكيوبت.

وبالتالي، تحتاج الحواسيب الكمومية التي تعتمد على الفائقة التوصيل إلى الاعتماد على العديد من “الحيل” لتستمر في إجراء حساباتها، حتى عندما يتعرض الكيوبت للاضمحلال كثيرًا دون أن يتمكن المستخدم من اكتشاف ذلك.

استخدام الحواسيب الكلاسيكية للمساعدة

لتسريع الكشف عن العيوب، استخدم الباحثون مصفوفة بوابات مبرمجة ميدانيًا (FPGA)، وهو متحكم متخصص. هذه الرقائق المتخصصة ليست مرنة كالتي تُستخدم في وحدات المعالجة المركزية أو وحدات معالجة الرسوميات، لكنها متخصصة للغاية، أسرع بكثير في مهمة محددة، وتستهلك طاقة أقل.

من خلال تشغيل التجربة مباشرة على الـ FPGA، تمكنوا من تكوين “تقدير تقريبي” لسرعة فقدان الكيوبت لطاقةه استنادًا إلى عدد قليل فقط من القياسات.

على الرغم من أن هذا يبدو حلاً واضحًا، إلا أن برمجة الـ FPGA بشكل صحيح كانت صعبة جدًا، خاصة إذا كان الـ FPGA يحتاج إلى بعض المرونة.

الطريقة التي استخدموها هي أن الشريحة تُحدّث “معرفتها” الداخلية، المسماة نموذج بايزي، بعد كل قياس للكيوبت.

المصدر: Physical Review X

سمح ذلك للنظام بالتكيف باستمرار مع طريقة تعلمه عن حالة الكيوبت بأكبر قدر من الكفاءة.

“المتحكم يتيح تكاملًا وثيقًا جدًا بين المنطق والقياسات والتغذية الراجعة: هذه المكونات جعلت تجربتنا ممكنة.” – الأستاذ المشارك مورتن كيايرغارد – معهد نيلز بور

نحو المعايرة في الوقت الحقيقي

حتى الآن، كان على صناعة الحوسبة الكمومية أن “تأمل” فقط أن كيوبتاتهم لا تزال تعمل، وتعمل بجد على تقليل احتمال وسرعة الاضمحلال.

لكن هذا النهج الجديد يفتح الطريق لاختيار الكيوبتات الموثوقة بنشاط، حتى مع مواد غير مثالية.

“باستخدام خوارزميتنا، يمكن للأجهزة التحكمية السريعة تحديد أي كيوبت هو ’جيد‘ أو ’سيء‘ تقريبًا في الوقت الحقيقي. يمكننا أيضًا جمع إحصاءات مفيدة عن الكيوبتات ’السيئة‘ في ثوانٍ بدلاً من ساعات أو أيام.” – الأستاذ المشارك مورتن كيايرغارد – معهد نيلز بور

على المدى الطويل، سيفتح ذلك مجالًا جديدًا من البحث، حيث يتم فهم أفضل لما يجعل كيوبتًا فرديًا “سيئًا”، بدلاً من الاعتماد على المتوسطات والتخمينات.

الخلاصة

كما كان الحال في فجر الإلكترونيات، سيأتي تقدم الحوسبة الكمومية من عدة اتجاهات.

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

في الوقت نفسه، يمكن أن يوفر الكشف المحسن عن الاضمحلال لكيوبت معين طريقة مستشعر مدفوعة بالبرمجيات لتحسين الأداء جذريًا دون الاعتماد على مواد أكثر تعقيدًا أو صعوبة في التصنيع.

الاستثمار في ابتكار الحوسبة الكمومية

مايكروسوفت

بينما تُعرف مايكروسوفت بوجودها القوي جدًا في أنظمة التشغيل مع ويندوز، فهي أيضًا قوة هائلة في العديد من المجالات التقنية الأخرى.

على سبيل المثال، هي الرائدة في حلول الأعمال، بما في ذلك أوفيس (آوتلوك، وورد، إكسل، وباوربوينت)، وكذلك مكالمات الشركات (تيمز)، وتخزين السحابة المشترك (ون درايف)، فيزيو (الرسوم البيانية، المخططات)، لوب (مساحة عمل تعاونية)، وأكسس (قاعدة بيانات).

بينما ليست الرائدة في خدمات السحابة (التي يهيمن عليها AWS من أمازون)، تشكل مايكروسوفت 20٪ من بنية السحابة العالمية من خلال منصة أزور، وهو ما يعادل حصة جوجل + علي بابا + أوراكل معًا.

المصدر: Statista

مايكروسوفت هي أيضًا مالكة لينكدإن، جيت هاب، إكس بوكس، والعديد من أكبر استوديوهات ألعاب الفيديو في العالم.

عندما يتعلق الأمر بالذكاء الاصطناعي، ركزت مايكروسوفت أكثر على حالات الاستخدام التقنية وتطبيقات الأعمال بدلاً من التطبيقات الاستهلاكية، لا سيما من خلال برنامج AI4Science، المتعلق بالذكاء الاصطناعي المفيد للبحث العلمي.

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

المصدر: Microsoft

الشركات مثل يونيليفر تستخدم بالفعل هذه “الكيمياء التوليدية” لتسريع اكتشافاتها العلمية.

حتى الآن، عندما يتعلق الأمر بالحوسبة الكمومية، بدت مايكروسوفت متأخرة مقارنة بجوجل أو آي بي إم؛ فقد كانت تقدم خدمات الحوسبة الكمومية السحابية عبر Azure Quantum. يمكن للخدمة أيضًا تقديم “الحوسبة الهجينة”، التي تمزج الحوسبة الكمومية مع خدمة الحواسيب الفائقة التقليدية القائمة على السحابة.

المصدر: Microsoft

مع إصدار مايكروسوفت لشريحتها القائمة على جسيمات ماجورانا في أوائل عام 2025، أصبحت الشركة واحدة من القادة العالميين في الحوسبة الكمومية.

مع المواد الجديدة مثل الموصلات الفائقة الثلاثية أو إمكانيات المعايرة في الوقت الحقيقي، من المحتمل أن تتمكن مايكروسوفت من الاستمرار في التقدم ودمج هذه الأدوات الجديدة في حواسيبها الكمومية.

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

أحدث أخبار وأسهم مايكروسوفت (MSFT) وتطوراتها

الدراسة المشار إليها

<sup>1. F. Colangelo et al, Unveiling Intrinsic Triplet Superconductivity in Noncentrosymmetric NbRe through Inverse Spin-Valve Effects. Phys. Rev. Lett. 135, 226002 – نُشر 25 نوفمبر، 2025. DOI: https://doi.org/10.1103/q1nb-cvh6
2. Fabrizio Berritta, et al. Real-Time Adaptive Tracking of Fluctuating Relaxation Rates in Superconducting Qubits. Phys. Rev. X 16, 011025 – نُشر 13 فبراير، 2026. DOI: https://doi.org/10.1103/gk1b-stl3</sup>