تُعد تكنولوجيا الكم أحد أهم مجالات ميكانيكا الكم وأحد تطبيقات الترابط بين الفيزياء والهندسة، كما أنها قد تساعد في التوصل إلى انتشار الحوسبة الكمومية التي تفوق قدرات الحواسيب الخارقة، مما يساهم في الكشف عن ابتكارات جديدة في مجالات الكيمياء والصيدلة والطب والأمن السيبراني.
تكنولوجيا الكم مجال خصب لتوفير الحلول لمعظم مشاكل الإنسان تقريباً، لذا لا عجب من اهتمام الكثير من الحكومات وشركات التكنولوجيا بالحواسيب والشبكات الكمومية. تعتمد التكنولوجيا الكمومية على وحدات ذاكرة تُسمى بـQubits أو “Quantum Bits”، وتشبه وحدات الـBit في أي حاسوب عادي ولكنها أسرع بكثير. أفضل أنواع وحدات Qbits حالياً هو Qubits السيليكون.
لكن قبل الاستفادة من هذه التكنولوجيا الواعدة، يجب التخلص من المشكلات التي تحول دون ذلك، وقد تمكن العلماء من حل إحداها، وهي عدم معرفة طريقة الربط بين آلاف من وحدات Qubits، ولقد استطاع بعض العلماء من جامعة Simon Fraser في كندا اكتشافها أخيراً.
إذاً ما هي طريقة الربط التي توصل إليها العلماء؟ وما فائدتها؟ سنقوم بالإجابة على هذه التساؤلات بشكل مبسط قدر الإمكان.
شوائب T centers : الحلقة المفقودة لربط وحدات Qubits السيليكون
يشير البحث الذي نُشر على Nature أن شوائب T Center المتواجدة برقائق السيليكون يمكن أن تعمل كروابط ضوئية بين وحدات Qubits السيليكون، في ذلك يقول الفيزيائي Stephanie Simmons من جامعة Simon Fraser بكندا:
باعث مثل الـT center الذي يجمع بين وحدات Qubits عالية الأداء وتوليد الفوتون البصري مثالي لصنع حواسيب كمية موزعة وقابلة للتطوير، لأنها قادرة على القيام بعملية المعالجة والاتصال في نفس الوقت بدلاً من التفاعل مع تقنيتين كموميتين مختلفتين؛ إحداهما للمعالجة والأخرى للاتصال.
بمعنى آخر، إنه نظام فعال ويمكن تنفيذه بسهولة أكبر. حسب القائمين على هذا البحث، فإنها أول مرة يتم فيها ملاحظة نشاط كمومي من هذا النوع بصرياً في رقاقة سيليكون، الأمر الذي يعني إمكانية تطبيقها على مدى واسع.
الشيء المثير للاهتمام في الـT Centers هو أنها تستطيع نقل الضوء بنفس الطول الموجي المستخدم لألياف وشبكات الاتصالات، مما يعني الاستفادة منها للحصول على إنترنت كمي. يقول Simmons أيضاً:
بفضل الـT Centers، يمكنك بناء معالجات كمية تستطيع الاتصال بالمعالجات الأخرى. عندما تقوم وحدات Qubits بالاتصال عبر نفس الشبكة المستخدمة في مراكز البيانات وشبكات الألياف، يتم الحصول على نفس الفائدة من ربط الملايين من وحدات qubits اللازمة للحوسبة الكمية.
كيف يمكن بناء نظام حوسبة كمية باستخدام وحدات qubits السيليكون؟
استطاع العلماء إنتاج عشرات الآلاف من الوحدات الدقيقة على رقائق السيليكون باستخدام تقنية طباعة خاصة للتأكد من أي كل وحدة من هذه الوحدات الدقيقة بها نفس العدد من الـT Centers بحيث يمكن التحكم في هذه الوحدات وتوجيهها على حدا.
بالطبع ما قام به هؤلاء العلماء في هذا البحث ليس بعملية تصنيع نهائية ومتطورة، وإنما تجربة أو عملية تصنيع مبدئية. تصنيع الـQubits يجب أن يكون على قدر كبير من الدقة والاحترافية حتى يمكن استخدامها بأفضل طريقة ممكنة. لكن ما من مانع لاعتبار البحث بمثابة نظرة عن قرب على مستقبل الحوسبة الكمومية.
“التكنولوجيا في أبهى صورها” : لما تُعد الحوسبة الكمومية مهمة لهذا الحد؟
الإلكترونيات بجميع أنواعها وأشكالها تعتمد على رقائق السيليكون، والسيليكون من أهم أشباه الموصلات، ألم تسمع عن أزمة أشباه الموصلات العالمية التي ألقت على العالم بظلالها بعد جائحة كورونا؟ الحوسبة الكمومية أصبحت ضرورة ملحة لمواكبة التطور التكنولوجي الصاعد بشكل صاروخي، وسنعرض تالياً لبعض من أهم مزاياها.
الحوسبة الكمومية ستجعل الإنترنت أكثر سرعةُ وثباتاً وأماناً بسبب تطور قدرات الخوادم وقواعد البيانات، كما أن الحواسيب الخارقة ستصبح أسرع وأذكى بأضعاف. أيضاً الحواسيب الشخصية والهواتف الذكية والأجهزة اللوحية ستصبح أقوى في الأداء. أما الأجهزة المنزلية والسيارات، فستكون أسرع استجابةً وأكثر أماناً، بينما سيكون الذكاء الاصطناعي متطور بشكل مرعب وقد تصبح الروبوتات منافساً حقيقياً للإنسان!
الحوسبة الكمومية ستحقق طفرة في مجال الصيدلة لأن اكتشاف الأدوية واللقاحات والأمصال سيكون أسرع بأضعاف من الوقت الحالي نظراً لزيادة قدرات الحواسيب الخارقة على معالجة ملايين الاحتمالات من التركيبات الكيميائية في وقت قياسي، وينطبق نفس الأمر على معظم إن لم يكن جميع المجالات العلمية كالفيزياء والكيمياء والهندسة والطب والفلك.. إلخ.
لا يمكن لأحد حقاً تخيل مدى الأهمية الكاملة للحوسبة الكمومية وتأثيرها الهائل على مستقبل الإنسان، ولكن من المؤكد أننا على أعتاب ثورة تكنولوجية ومعلوماتية لن تمر على مجال بدون أن تؤثر فيه. اعتماد الحوسبة الكمومية على رقائق السيليكون معناه قطع شوط كبير في تطويرها بدون بذل أي مجهود إضافي، وذلك بسبب الاستفادة من التطور الذي وصلت إليه تقنيات التصنيع بالسيليكون حالياً تحت ريادة TSMC و Samsung، وهو ما يؤكده Simmons قائلاً:
إذا وجدت على طريقة لصنع معالجات حواسيب كمية بالسيليكون، فيمكنك الاستفادة بسنوات من التطوير والمعرفة والبنية التحتية المستخدمة لتصنيع أجهزة الحاسوب التقليدية، بدلاً من خلق صناعة جديدة للتصنيع الكمي.
