تتناول مقالة جديدة تاريخ الحوسبة للمساعدة في تحديد اتجاه البحث الكمي. وتشير الدراسة إلى أن التكنولوجيا الكمومية تتقدم بسرعة، وأن العقبات الرئيسية الآن تنطوي على توسيع الأنظمة إلى مستويات أكبر.

تتحرك التكنولوجيا الكمومية بسرعة إلى ما هو أبعد من الإعدادات التجريبية وتبدأ في التبلور في الإعدادات العملية، ويجادل مقال جديد في مجلة Science بأن المجال قد وصل إلى مرحلة محورية مشابهة للعصر المبكر للحوسبة قبل أن يعيد الترانزستور تشكيل الإلكترونيات الحديثة.

وفي التقرير قال باحثون من جامعة شيكاغوتقدم جامعة ستانفورد، ومعهد ماساتشوستس للتكنولوجيا، وجامعة إنسبروك في النمسا، وجامعة دلفت للتكنولوجيا في هولندا تقييمًا واسعًا لأجهزة المعلومات الكمومية. ويسلط تحليلهم الضوء على العقبات الرئيسية والإمكانيات الناشئة التي تؤثر على تطوير أجهزة الكمبيوتر الكمومية القابلة للتطوير، وشبكات الاتصالات، وأجهزة الاستشعار. وقد نشرت الورقة مؤخرا في المجلة علوم.

قال المؤلف الرئيسي ديفيد أوشالوم David Awschalom، أستاذ الهندسة الجزيئية والفيزياء في جامعة Liew Family في جامعة شيكاغو، ومدير بورصة شيكاغو الكميّة ومعهد شيكاغو الكمي: “إن هذه اللحظة التحويلية في تكنولوجيا الكم تذكرنا بالأيام الأولى للترانزستور”. “لقد تم تأسيس مفاهيم الفيزياء الأساسية، والأنظمة الوظيفية موجودة، والآن يجب علينا رعاية الشراكات والجهود المنسقة اللازمة لتحقيق الإمكانات الكاملة للتكنولوجيا على نطاق المنفعة. كيف سنواجه تحديات القياس والبنى الكمومية المعيارية؟”

وفقًا للمؤلفين، شهدت السنوات العشر الأخيرة تحولًا من تجارب إثبات المفهوم الأساسية إلى أنظمة المرحلة المبكرة ذات الاستخدامات الواقعية المحتملة في الاتصالات والاستشعار والحوسبة. يعزون هذا التقدم السريع إلى التعاون بين الأوساط الأكاديمية والحكومية والصناعية، والذي يعكس الإطار التعاوني الذي دفع الإلكترونيات الدقيقة إلى الأمام.

مقارنة المنصات

يستعرض المقال الحالة الحالية لستة منصات أجهزة كمومية رائدة، بما في ذلك البتات الكمومية فائقة التوصيل، والأيونات المحاصرة، وعيوب الدوران، والنقاط الكمومية لأشباه الموصلات، والذرات المحايدة، والبتات الكمومية الضوئية. لمقارنة التقدم بين هذه المنصات عبر تطبيقات الحوسبة والمحاكاة والشبكات والاستشعار، استخدم المؤلفون نماذج ذكاء اصطناعي كبيرة الحجم مثل ChatGPT وGemini لتقييم مستوى الاستعداد التكنولوجي النسبي (TRL) لكل منها. تقوم TRLs بتقييم نضج التكنولوجيا على مقياس من 1 (المبادئ الأساسية التي تمت ملاحظتها في بيئة المختبر) إلى 9 (المثبتة في بيئة تشغيلية)، على الرغم من أنه لا يزال من الممكن تطبيق TRL الأعلى على تقنية المرحلة المبكرة التي أظهرت مستوى أعلى من تطور النظام.

تقدم النتائج لمحة مقارنة للتقدم المحرز في هذا المجال. على الرغم من أن النماذج الأولية المتقدمة أثبتت تشغيل النظام والوصول إلى السحابة العامة، إلا أن أدائها الأولي لا يزال في مرحلة مبكرة من التطوير. على سبيل المثال، العديد من التطبيقات المهمة، بما في ذلك عمليات محاكاة كيمياء الكم واسعة النطاق، يمكن أن تتطلب ملايين الكيوبتات الفيزيائية مع أداء خطأ يتجاوز بكثير ما هو قابل للتطبيق من الناحية التكنولوجية اليوم.

ولذلك، فإن السياق ضروري عند تقييم الاستعداد التكنولوجي، كما قال المؤلف المشارك ويليام د. أوليفر، أستاذ الهندسة الكهربائية وعلوم الكمبيوتر، وأستاذ الفيزياء، ومدير مركز هندسة الكم في جامعة هنري إليس وارن (1894). مع.

وقال: “على الرغم من أن رقائق أشباه الموصلات في السبعينيات كانت من نوع TLR-9 في ذلك الوقت، إلا أنها لم تكن قادرة على فعل الكثير مقارنة بالدوائر المتكاملة المتقدمة اليوم”. “وبالمثل، لا تشير قيمة TRL العالية للتقنيات الكمومية اليوم إلى أن الهدف النهائي قد تم تحقيقه، ولا تشير إلى أن العلم قد انتهى وبقيت الهندسة فقط. وبدلاً من ذلك، فهو يعكس إثباتًا كبيرًا، ولكنه متواضع نسبيًا، على مستوى النظام قد تم تحقيقه – وهو ما لا يزال يتعين تحسينه وتوسيع نطاقه بشكل كبير لتحقيق الوعد الكامل.”

تقييم التحديات من خلال النظر إلى التاريخ

ذهبت أعلى درجات TRL إلى الكيوبتات فائقة التوصيل الحوسبة الكموميةوالذرات المحايدة للمحاكاة الكمومية، والكيوبتات الضوئية للشبكات الكمومية، وعيوب الدوران للاستشعار الكمي.

حدد المؤلفون العديد من التحديات الشاملة التي يجب معالجتها حتى تتمكن الأنظمة الكمومية من التوسع بشكل فعال. هناك حاجة إلى تطورات كبيرة في علوم المواد والتصنيع لتمكين أجهزة متسقة وعالية الجودة وقابلة للإنتاج بكميات كبيرة والتي يمكن تصنيعها من خلال عمليات مسبك موثوقة وفعالة من حيث التكلفة. تظل الأسلاك وتوصيل الإشارات بمثابة عنق الزجاجة الهندسي المركزي؛ لا تزال معظم المنصات الكمومية تتطلب قنوات تحكم فردية لمعظم الكيوبتات، كما أن زيادة عدد الأسلاك ليس أمرًا مستدامًا حيث تحاول هذه الأنظمة التوسع إلى ملايين الكيوبتات. (وقد واجه مهندسو الكمبيوتر مشاكل مماثلة في الستينيات من القرن الماضي، والمعروفين باسم طغيان الأرقام.) يمثل توصيل الطاقة، وإدارة درجة الحرارة، والمعايرة الآلية، والتحكم في النظام جميعها تحديات ذات صلة، والتي ستتطلب تقدمًا مستمرًا مع نمو الأنظمة في التعقيد.

تربط المقالة هذه الاحتياجات الهندسية بالدروس المستفادة من تاريخ الحوسبة. العديد من التطورات الأكثر تحولًا في مجال الإلكترونيات الكلاسيكية – بدءًا من إدخال الطباعة الحجرية إلى مواد الترانزستور الجديدة – استغرقت سنوات أو عقودًا للانتقال من الأبحاث المختبرية إلى النشر الصناعي. ويرى المؤلفون أن التقدم في التقنيات الكمومية سوف يتبع مسارًا مشابهًا. وهم يؤكدون على أهمية استراتيجيات التصميم من أعلى إلى أسفل على مستوى النظام، ووجود مجموعة مشتركة من المعرفة العلمية المفتوحة التي تتجنب العزلة المبكرة، و… الصبر.

يكتبون: “لقد كان الصبر عنصرًا أساسيًا في العديد من التطورات البارزة، ويشيرون إلى أهمية تخفيف توقعات الجدول الزمني في التقنيات الكمومية”.

المرجع: “التحديات والفرص لأجهزة المعلومات الكمومية” بقلم ديفيد د. أوشالوم، وهانس بيرنين، ورونالد هانسون، وويليام د. أوليفر، ويلينا فوكوفيتش، 4 ديسمبر 2025، علوم.
دوى: 10.1126/science.adz8659

لا تفوت أي اختراق: انضم إلى النشرة الإخبارية SciTechDaily.
تابعونا على جوجل و أخبار جوجل.