كشفت شركة مايكروسوفت عن شريحة جديدة للحوسبة الكمومية البتات الكمومية (الكيوبتات) التي تقول إنها قادرة على الحفاظ على حالتها الكمومية لمدة أطول بألف مرة من سابقتها، مما يمهد الطريق لأجهزة كمبيوتر كمومية أكثر موثوقية بحلول عام 2029. لكن ليس كل العلماء يصدقون ادعاءات الشركة.
التجريبية وحدة المعالجة الكمومية (QPU)، التي يطلق عليها اسم Majorana 2، تتميز بمصفوفة من أربعة بتات كمومية توفر متوسط عمر كيوبت يبلغ 20 ثانية، وفي بعض الحالات، يصل إلى دقيقة واحدة. يعد هذا تحسنًا هائلاً في أوقات التماسك الكمي، وهو الوقت الذي توجد فيه البتات الكمومية متشابكا بحيث يمكن تشغيل العمليات الحسابية بالتوازي، وهو ما يتم رؤيته عادةً في وحدات معالجة الكمية (QPUs). عادة، يتم قياس هذا العمر بالمللي ثانية (ألف من الثانية).
يمكن للرقاقة الجديدة أن تضع العلماء على الطريق الصحيح لبناء جهاز الكمبيوتر الكمي هذا قابل للتطبيق تجاريًا بحلول عام 2029 – وهو ما يقلص بمقدار النصف الفترة الزمنية التي توقعها الباحثون في البداية – قال ممثلو Microsoft في إفادة. وقد أوضح العلماء الذين عملوا على المعالج الجديد النتائج التي توصلوا إليها في الثاني من يونيو دراسة ما قبل الطباعة، ولم تتم مراجعة النتائج بعد من قبل النظراء.
“نحن بحاجة إلى إجراء تحسينات كل عام تجعلنا أقرب إلى تقديم جهاز كمبيوتر نعتقد أنه سيكون له قيمة تجارية ومجتمعية هائلة.” شيتان ناياكوقال زميل مايكروسوفت الفني في البيان. “علينا أن نواصل السير نحو خريطة الطريق لتحقيق ذلك، ولكن أين نحن مقارنة بالعام الماضي؟ نحن أفضل 1000 مرة”.
على الرغم من التقدم المزعوم ضد الشريحة الأولى، ماجورنا 1، فقد وصف الخبراء عمل مايكروسوفت في هذا المجال المحدد من أبحاث الحوسبة الكمومية (يسمى الحوسبة الكمومية الطوبولوجية) موضع تساؤل. لقد تساءلوا سابقًا عما إذا كانت التكنولوجيا الأساسية قد تم إثباتها بعد، ودعوا إلى قاعدة أدلة أوسع لتقديم اقتراحات حول أوقات تماسك الكيوبت.
على الرغم من الانتقادات، يقول ممثلو مايكروسوفت إن هذا قد أدى إلى خفض وقت التطوير إلى النصف في بناء كمبيوتر كمي مستقبلي متسامح مع الأخطاء – وهو جهاز يمكنه التغلب على الأخطاء والحفاظ على حسابات طويلة الأمد ليتفوق في الأداء على أجهزة الكمبيوتر العملاقة.
الجيل القادم من الكيوبتات الطوبولوجية
كان سلف ماجورانا 2 تم الكشف عنها في فبراير من العام الماضي. وتستند كلتا الرقاقتين إلى نظرية عمرها 90 عامًا لفيزيائي إيطالي إيتوري ماجورانا أن الجسيم يمكن أن يكون جسيمًا مضادًا خاصًا به، مما يعني أنه إما يقضي على نفسه في إطلاق هائل للطاقة أو يتعايش بثبات عند الاقتران، مما يمكنه من تخزين المعلومات الكمومية على شكل كيوبت.
احصل على الاكتشافات الأكثر روعة في العالم والتي يتم تسليمها مباشرة إلى صندوق الوارد الخاص بك.
نظرًا لأن جزيئات الماجورانا غير موجودة في الطبيعة، فقد تم إجراء الكثير من الأبحاث عليها، بما في ذلك النتائج السابقة لمايكروسوفت، يركز على دفعهم إلى الوجود.
في ظل الظروف المناسبة، يمكن للبتات الكمومية الموجودة في هذه الرقائق أن تصل إلى حالة “طوبولوجية” للمادة – وهي مرحلة محددة تتشابك فيها الذرات عبر مسافات طويلة – مما يتيح لها الاستفادة من قوانين الكون. ميكانيكا الكم لمعالجة 1s و 0s من بيانات الحوسبة بالتوازي.
قال الممثلون عند إطلاق ماجورانا 1 إن هذه الكيوبتات كانت أكثر استقرارًا، وأصغر حجمًا، وأكثر قابلية للتوسع، وتستهلك طاقة أقل من الكيوبتات المصنوعة من المعادن فائقة التوصيل – مثل تلك المستخدمة عادة في أنظمة الحوسبة الكمومية التي تصنعها شركات مثل آي بي إم, جوجل ومايكروسوفت.
تتألف البتات الكمومية في شريحة ماجورانا الأولى من مجموعة مواد تجمع بين شبه موصل مصنوع من زرنيخيد الإنديوم (المستخدم في أجهزة مثل نظارات الرؤية الليلية) مع موصل فائق من الألومنيوم. وهذا يشكل “موصلًا علويًا”، وهو موصل فائق طوبولوجي يتم تخزين بتاته الكمومية على شكل كومة من المواد.
يتكون كل كيوبت من سلكين نانيين فائقي التوصيل ينتهيان بأوضاع ماجورانا صفر (MZMs) – وهي اللبنات الأساسية للبتات الكمومية الطوبولوجية التي تخزن المعلومات من خلال التكافؤ أو المساواة أو الشذوذ في عدد الإلكترونات في سلك موصل توبو.
وفي مختبر Quantum Lab التابع لشركة Microsoft في لينجبي بالدنمارك، يستخدم الفريق الذكاء الاصطناعي الوكيل للمساعدة في تطوير كيوبتات طوبولوجية أكثر موثوقية.
(حقوق الصورة: مايكروسوفت)
بدلاً من الألومنيوم، يستخدم ماجورانا 2 الرصاص لحماية الكيوبتات الهشة من الاضطرابات مثل الموجات الكهرومغناطيسية أو الإشعاع الكوني. بالنسبة لأشباه الموصلات، قام الباحثون باستبدال زرنيخيد الإنديوم بمزيج من زرنيخيد الإنديوم وأنتيمونيد زرنيخيد الإنديوم. أدى هذا التغيير إلى مضاعفة “الفجوة الطوبولوجية” – الحاجز المادي الذي يحمي الكيوبتات من الضوضاء البيئية والأخطاء أثناء العمليات الحسابية.
وقال الباحثون في الدراسة إن ذلك أدى أيضًا إلى زيادة كبيرة في الاستقرار والموثوقية: حيث تم تعزيز عمر التماسك الكمي من ما بين 1 و12 مللي ثانية في ماجورانا 1 إلى متوسط 20 ثانية (بحد أقصى لعمر دقيقة واحدة).
الجمع بين الذكاء الاصطناعي والحوسبة الكمومية
تم تصميم المكونات الرئيسية لـ Majorana 2 ذرة بذرة، لذلك احتاج العلماء إلى إضافة شوائب على شكل مواد أخرى إلى البنية البلورية لتثبيت كل ذرة في مكانها الصحيح. لكن إضافة الكثير من الشوائب، أو إضافتها بطريقة خاطئة، من شأنه أن يخل بالبنية. ولإيصال هذه الشوائب إلى أماكنها الصحيحة، لجأ العلماء إلى الذكاء الاصطناعي (منظمة العفو الدولية).
“إن العثور على الوصفة الدقيقة، والكمية المناسبة التي يجب وضعها للحصول على بنية الطاقة المطلوبة، يتطلب الكثير من التجارب في النظام العالمي القديم. وفي النظام العالمي الجديد، من خلال عمليات المحاكاة، يمكنك معرفة مكان الهدف المحتمل للغاية. وبعد ذلك، مع هذه المعرفة، من الأفضل أن تقوم بالتجربة مرة واحدة فقط. ” زلفي علاموقال نائب رئيس الشركة لشؤون الكم في مايكروسوفت في البيان.
باستخدام منصة Microsoft Discovery، نشر العلماء عملاء الذكاء الاصطناعي لتتبع العناصر المتقاطعة المعقدة أثناء تصميم Majorana 2 – مع إجراء تغييرات على أي من البرامج والهندسة المعمارية والتصميم ومجموعة المواد وعمليات التصنيع والقياسات وغيرها، مما يحمل تداعيات لكل عنصر آخر. كان لدى المشروع أيضًا ما يقرب من عقدين من البيانات في العديد من التنسيقات المختلفة، والتي كانت عالقة في صوامع مختلفة. لكن عملاء الذكاء الاصطناعي كانوا قادرين على إعادة تركيب البيانات وإقامة اتصالات بين أجزاء مختلفة من المعلومات.
وقال علام في البيان إن الذكاء الاصطناعي خفض أيضًا الوقت الذي يستغرقه إجراء التجارب من أسابيع “بعدة مراتب من حيث الحجم”، لكنه لم يحدد الوقت المحدد بالضبط.
تم تصميم شريحة Majorana 2 من Microsoft جزئيًا بواسطة الذكاء الاصطناعي.
(رصيد الصورة: جون بريشر / مايكروسوفت)
وقال علام في البيان: “إن استخدام الذكاء الاصطناعي لأتمتة القياسات كان بمثابة تغيير في قواعد اللعبة”. “يمر ببعض العمليات الحسابية ويبدأ بالقول: “مرحبًا، أين أجد أدنى نقطة حيث يعمل كل شيء؟” ويمكنه إجراء كل تعديلات الجهد هذه بالتوازي، وهو ما لا يستطيع الإنسان القيام به. الطريقة التي تعمل بها عقولنا، نحن أكثر خطية.”
الطريق إلى الكأس المقدسة
وقال ناياك في أ مشاركة مدونة فنية أن الشركة تقوم الآن بتقليص جدولها الزمني لبناء كمبيوتر كمي عملي وقابل للتطوير إلى النصف مع هدف جديد هو عام 2029. “سيمثل هذا الإنجاز علامة فارقة رئيسية على الطريق إلى كمبيوتر كمي تحويلي متسامح مع الأخطاء ولديه القدرة على حل المشاكل التي تؤثر على البشرية جمعاء“.
هذا الجدول الزمني يتماشى تقريبًا مع المنافسين في هذا المجال. لكن هذا التقدم الواضح في مجال الحوسبة الكمومية الطوبولوجية لا يخلو من الانتقاد.
بعد إصدار Majorana 1 العام الماضي. تساءل الفيزيائيون إلى أي مدى أثبت باحثو مايكروسوفت وجود MZMs في الجهاز. ناياك، الذي شارك في بحث العام الماضي، قدم لاحقًا أدلة إضافية في أ محاضرة في قمة الفيزياء العالمية في مارس.
وانتقد آخرون الأدلة الداعمة للادعاءات الواردة في الدراسة الجديدة. التحدث مع العلمية الأمريكية، بما في ذلك العلماء سيرجي فرولوفوأشار باحث في الحوسبة الكمومية في جامعة بيتسبرغ، إلى أن البيانات المبلغ عنها لم يتم إثبات مصداقيتها بعد. يستشهد فرولوف بحقيقة أن النسخة الأولية الأخيرة من هذا النوع لمايكروسوفت لم يتم نشرها، مما يعني أنها لم تخضع لمراجعة النظراء
التحدث مع لايف ساينس, يوفال بوجروأشاد الباحث في مجال الحوسبة الكمومية والمدير التجاري في شركة QuEra، وهي شركة حوسبة كمومية تعمل على بناء آلات ذرية محايدة، بالتقدم المحرز ولكنه حث على توخي الحذر.
وقال: “إن الكيوبتات الطوبولوجية هي رهان جريء وطويل الأفق، والتحسينات التي أبلغوا عنها في الأجهزة جديرة بالملاحظة”. وأضاف: “كما هو الحال مع أي إعلان من هذا النوع، فإن الشيء المعقول هو انتظار مراجعة النظراء والنسخ المستقل قبل استخلاص النتائج”.
وقال: “لقد ناقش المجتمع الأدلة الطوبولوجية منذ عام 2018، وهذا التدقيق صحي للجميع”. “من المفيد أيضًا إبقاء الأخبار متناسبة. لم تثبت الحوسبة الطوبولوجية بعد وجود كيوبت فعال، في حين أن الطرائق الأخرى تتقدم بشكل كبير.”
تعمل الكيانات المتنافسة، بما في ذلك الشركات والمؤسسات البحثية، على مجموعة من طرائق الكيوبت المختلفة حيث تسعى جميعًا لتحقيق الكأس المقدسة المتمثلة في بناء حاسوب كمي متسامح مع الأخطاء ويعمل على تقليص أخطائه بشكل كبير مع زيادة حجم النظام. يُعرف هذا بتصحيح الخطأ الكمي “تحت العتبة”. قد تشمل الكيوبتات فائقة التوصيل, الكيوبتات الذرية المحايدة, الكيوبتات الضوئية، أو، في حالة مايكروسوفت هنا، الكيوبتات الطوبولوجية، من بين أمور أخرى.
وقال: “في النهاية، أي تقدم حقيقي في الحوسبة الكمومية هو أمر جيد لنا جميعا”. “يتحرك الميدان بشكل أسرع عندما يتم دفع العديد من الأساليب في وقت واحد، ونحن نرحب بذلك.”
مرتبط
اكتشاف المزيد من موقع مدسن medicine
اشترك للحصول على أحدث التدوينات المرسلة إلى بريدك الإلكتروني.
