### مقدمة:

أعلن باحثون في مايكروسوفت عن ابتكار أول “كيوبتات طوبولوجية” في جهاز يخزن المعلومات في حالة غريبة من المادة، وهو ما قد يمثل إنجازًا كبيرًا في مجال الحوسبة الكمومية.

في الوقت نفسه، نشر الباحثون أيضًا ورقة بحثية في مجلة (Nature) و “خريطة طريق” لمزيد من العمل. من المفترض أن يتسع تصميم معالج (Majorana 1) لما يصل إلى مليون كيوبت، وهو ما قد يكون كافياً لتحقيق العديد من الأهداف الهامة في الحوسبة الكمومية، مثل فك الرموز المشفرة وتصميم أدوية ومواد جديدة بشكل أسرع.

إذا تحققت ادعاءات مايكروسوفت، فقد تكون الشركة قد تفوقت على منافسين مثل (IBM) و (Google)، اللتين يبدو أنهما تتصدران السباق حاليًا لبناء حاسوب كمومي.

ومع ذلك، فإن ورقة (Nature) التي تمت مراجعتها من قبل النظراء تظهر فقط جزءًا مما ادعاه الباحثون، ولا تزال خريطة الطريق تتضمن العديد من العقبات التي يجب التغلب عليها. في حين أن البيان الصحفي لمايكروسوفت يعرض شيئًا من المفترض أن يكون جهازًا للحوسبة الكمومية، إلا أنه ليس لدينا أي تأكيد مستقل لما يمكن أن يفعله. ومع ذلك، فإن الأخبار الواردة من مايكروسوفت واعدة للغاية.

### ما هي الكيوبتات الطوبولوجية؟

ظهرت فكرة الحواسيب الكمومية لأول مرة في الثمانينيات. بينما يخزن الحاسوب العادي المعلومات في بتات، يخزن الحاسوب الكمومي المعلومات في بتات كمومية – أو كيوبتات.

يمكن أن تحتوي البتة العادية على قيمة 0 أو 1، ولكن البتة الكمومية (بفضل قوانين ميكانيكا الكم، التي تحكم الجسيمات الصغيرة جدًا) يمكن أن تحتوي على مزيج من كليهما. إذا تخيلت بتة عادية كسهم يمكن أن يشير إما إلى الأعلى أو الأسفل، فإن الكيوبت هو سهم يمكن أن يشير إلى أي اتجاه (أو ما يسمى “تراكب” للأعلى والأسفل).

هذا يعني أن الحاسوب الكمومي سيكون أسرع بكثير من الحاسوب العادي في أنواع معينة من العمليات الحسابية – وخاصة بعض العمليات المتعلقة بفك الشفرات ومحاكاة الأنظمة الطبيعية.

حتى الآن، الأمور جيدة. ولكن تبين أن بناء كيوبتات حقيقية والحصول على معلومات داخل وخارجها أمر صعب للغاية، لأن التفاعلات مع العالم الخارجي يمكن أن تدمر الحالات الكمومية الدقيقة في الداخل.

لقد حاول الباحثون العديد من التقنيات المختلفة لصنع الكيوبتات، باستخدام أشياء مثل الذرات المحصورة في المجالات الكهربائية أو دوامات التيار التي تدور في الموصلات الفائقة.

### الأسلاك متناهية الصغر والجسيمات الغريبة

اتخذت مايكروسوفت نهجًا مختلفًا تمامًا لبناء “كيوبتات طوبولوجية”. لقد استخدموا ما يسمى بجسيمات ماجورانا، التي نَظّر بها الفيزيائي الإيطالي إيتوري ماجورانا لأول مرة في عام 1937.

ماجورانا ليست جسيمات تحدث بشكل طبيعي مثل الإلكترونات أو البروتونات. بدلاً من ذلك، فهي موجودة فقط داخل نوع نادر من المواد يسمى موصل فائق طوبولوجي (والذي يتطلب تصميمًا متقدمًا للمواد ويجب تبريده إلى درجات حرارة منخفضة للغاية).

في الواقع، جسيمات ماجورانا غريبة جدًا لدرجة أنها عادة ما تُدرس فقط في الجامعات – ولا تُستخدم في التطبيقات العملية.

يقول فريق مايكروسوفت إنهم استخدموا زوجًا من الأسلاك متناهية الصغر، مع وجود جسيم ماجورانا محاصر في كل طرف، ليعمل ككيوبت. إنهم يقيسون قيمة الكيوبت – المعبر عنها عن طريق ما إذا كان الإلكترون في سلك واحد أو آخر – باستخدام الموجات الدقيقة.

### البتات المضفرة

لماذا بذلت مايكروسوفت كل هذا الجهد؟ لأنه عن طريق تبديل مواضع جسيمات ماجورانا (أو قياسها بطريقة معينة)، يمكن “تضفيرها” بحيث يمكن قياسها دون خطأ ومقاومة للتداخلات الخارجية. (هذا هو الجزء “الطوبولوجي” من “الكيوبتات الطوبولوجية”).

من الناحية النظرية، يمكن أن يكون الحاسوب الكمومي المصنوع باستخدام جسيمات ماجورانا خاليًا تمامًا من أخطاء الكيوبت التي تبتلي التصاميم الأخرى.

لهذا السبب اختارت مايكروسوفت هذا النهج الذي يبدو شاقًا. التقنيات الأخرى أكثر عرضة للأخطاء، وقد يلزم الجمع بين مئات الكيوبتات المادية لإنتاج “كيوبت منطقي” واحد موثوق به.

بدلاً من ذلك، وضعت مايكروسوفت وقتها ومواردها في تطوير الكيوبتات القائمة على ماجورانا. في حين أن الشركة متأخرة عن الركب الكمومي، فإنها تأمل في اللحاق بالركب بسرعة.

### هناك دائمًا مشكلة

كما هو الحال دائمًا، إذا كان هناك شيء يبدو جيدًا لدرجة يصعب تصديقها، فهناك مشكلة. حتى بالنسبة للحاسوب الكمومي القائم على ماجورانا، مثل ذلك الذي أعلنته مايكروسوفت، فإن عملية واحدة – تُعرف باسم (T-gate) – لن تكون قابلة للتحقيق دون أخطاء.

لذلك، فإن الشريحة الكمومية القائمة على ماجورانا هي فقط “شبه خالية من الأخطاء”. ومع ذلك، فإن تصحيح أخطاء (T-gate) أبسط بكثير من التصحيح العام للأخطاء في المنصات الكمومية الأخرى.

### خطط مايكروسوفت للتوسع

تخطط مايكروسوفت للتوسع من خلال تجميع المزيد والمزيد من الكيوبتات معًا.

سيراقب المجتمع العلمي عن كثب كيفية عمل معالجات الحوسبة الكمومية من مايكروسوفت، وكيف تعمل مقارنة بمعالجات الحوسبة الكمومية الأخرى القائمة بالفعل.

في الوقت نفسه، سيستمر البحث في السلوك الغريب والخفي لجسيمات ماجورانا في الجامعات حول العالم.