«التوأم الكمومي» يحاكي ما تعجز عنه الحواسيب الفائقة

أستراليا - وكالة أنباء إخباري

«التوأم الكمومي» يحاكي ما تعجز عنه الحواسيب الفائقة

بينما لا تزال الحواسيب الكمومية التقليدية تشق طريقها ببطء نحو تحقيق إمكانياتها الكاملة، تبرز مقاربة بديلة واعدة تُعرف بالمحاكاة الكمومية التناظرية. هذه التقنية، التي لا تسعى للتحكم الكامل في الوحدات الكمومية الفردية (كيوبتات) كما تفعل الحواسيب الكمومية الشاملة، تركز بدلاً من ذلك على محاكاة الأنظمة المعقدة التي يصعب الوصول إليها، مثل الجزيئات الفردية، التفاعلات الكيميائية، أو المواد المبتكرة. وما تفتقر إليه المحاكاة الكمومية التناظرية في المرونة، تعوضه بقوة في الجدوى والتطبيق العملي، حيث أصبحت هذه المحاكيات جاهزة للاستخدام الآن.

في خطوة تُمثل قفزة نوعية في هذا المجال، كشفت شركة Silicon Quantum Computing الأسترالية، ومقرها سيدني، عن منتجها الرائد "Quantum Twins". هذا الجهاز، وهو محاكي كمومي قائم على السيليكون، متاح الآن للعملاء عبر عقود مباشرة. لم يأتِ هذا الإطلاق من فراغ، بل جاء مصحوبًا بعرض توضيحي لقدرات الجهاز المذهلة؛ فقد نجح "Quantum Twins"، المكون من 15,000 نقطة كمومية (quantum dots)، في محاكاة انتقال مادة من حالة العزل إلى حالة التوصيل المعدني، بما في ذلك جميع الحالات البينية. وقد نشرت الشركة نتائج أبحاثها هذا الأسبوع في مجلة Nature المرموقة.

يقول سام جورمان، قائد هندسة الأنظمة الكمومية في Silicon Quantum Computing: "بدلاً من استخدام الكيوبتات، كما هو معتاد في الحواسيب الكمومية، نقوم بتشفير المشكلة مباشرة في هندسة وبنية المصفوفة نفسها". ويعكس هذا التصريح جوهر النهج الذي تتبعه الشركة، والذي يبتعد عن بناء حواسيب كمومية عامة نحو تطوير أدوات متخصصة قادرة على حل مسائل محددة بكفاءة فائقة.

تُعد تقنية التصنيع الدقيق للذرات التي طورتها الشركة، والمعروفة باسم "Precision Atom Qubit Manufacturing process"، حجر الزاوية في نجاح "Quantum Twins". تأسست الشركة في عام 2017، مستندة إلى عقود من العمل الأكاديمي الرائد الذي قادته مؤسسة الشركة، ميشيل سيمونز. تكمن عبقرية هذه التقنية في قدرتها على وضع ذرات الفوسفور الفردية في رقائق السيليكون بدقة تصل إلى ما دون النانومتر. وتصف سيمونز العملية بأنها تتكون من 38 مرحلة، تبدأ بطبقة من الهيدروجين على ركيزة السيليكون. باستخدام مجهر المسح النفقي، يتم إزالة ذرات الهيدروجين بشكل انتقائي لكشف السيليكون، ثم يتم تعريض السطح لغاز الفوسفين الذي يلتصق فقط بالمناطق المكشوفة من السيليكون. بعد ذلك، يتم دمج ذرة الفوسفور في بلورة السيليكون عبر عملية تلدين حراري عند درجات حرارة منخفضة، ثم تُنمى طبقات إضافية من السيليكون فوقها.

تُجرى هذه العملية في بيئة فراغ فائق لضمان أعلى درجات النقاء، مما ينتج عنه شريحة متجانسة بالكامل مصنعة بهذه الدقة المتناهية. يعود الفضل في ذلك إلى اكتشاف الفريق في عام 2014 لطريقة لوضع علامات على الشريحة تسمح بتحديد مواقع الذرات بدقة عند إنشاء التوصيلات الكهربائية، والتي تتم بنفس مقياس الذرات والنقاط الكمومية. ورغم القدرة على وضع ذرات فردية، تستخدم الشركة مجموعات من 10 إلى 50 ذرة لتشكيل ما يُعرف بالسجل (register) لتطبيقات المحاكاة.

إن قدرة "Quantum Twins" على محاكاة الانتقال الطوري للمواد، وهي ظاهرة أساسية في فيزياء المواد، تفتح الباب أمام تصميم مواد جديدة ذات خصائص محسنة، وتسريع اكتشاف الأدوية من خلال محاكاة التفاعلات الجزيئية المعقدة، وفهم الظواهر الكمومية الأساسية بشكل أفضل. وعلى الرغم من أن الحواسيب الكمومية الشاملة لا تزال قيد التطوير، فإن المحاكيات الكمومية المتخصصة مثل "Quantum Twins" تقدم حلاً عمليًا وقويًا للتحديات العلمية والهندسية الملحة اليوم، مما يؤكد على تنوع وتقدم مجال الحوسبة الكمومية.

Ekhbary News Agency