تقول Microsoft إنها خلقت حالة جديدة من المواد

يعرف أي شخص جلس من خلال فصل علوم في الصف الثالث أن هناك ثلاث حالات أساسية للمادة: صلبة وسائلة وغاز.

تقول Microsoft الآن إنها أنشأت حالة جديدة من المادة في سعيها لصنع آلة قوية ، تسمى كمبيوتر الكم ، والتي يمكن أن تسرع تطور كل شيء من البطاريات إلى الأدوية إلى الذكاء الاصطناعي.

يوم الأربعاء ، قال علماء Microsoft إنهم قاموا ببناء ما يعرف باسم “Qubit الطوبولوجي” استنادًا إلى هذه المرحلة الجديدة من الوجود البدني ، والتي يمكن تسخيرها لحل المشكلات الرياضية والعلمية والتكنولوجية.

مع التطوير ، تقوم Microsoft برفع المخاطر في المسابقة التكنولوجية الكبرى التالية ، إلى جانب سباق اليوم على الذكاء الاصطناعي. طارد العلماء حلم الكمبيوتر الكم – وهو آلة يمكن أن تستغل السلوك الغريب والقوي للغاية للجزيئات دون الذرية أو الأشياء الباردة للغاية – منذ الثمانينيات.

تم تسخين الدفع في ديسمبر عندما كشفت Google عن جهاز كمبيوتر كمي تجريبي يحتاج إلى خمس دقائق فقط لإكمال عملية حسابية لم يتمكن معظم أجهزة الكمبيوتر الخارقة من الانتهاء خلال 10 سبتمبر – أطول من عمر الكون المعروف.

يمكن أن تقفز تقنية Microsoft الكم من الأساليب قيد التطوير في Google. كجزء من أبحاثها ، قامت الشركة ببناء عدة qubits topoghons داخل نوع جديد من رقائق الكمبيوتر التي تجمع بين نقاط القوة في أشباه الموصلات التي تعمل على تشغيل أجهزة الكمبيوتر الكلاسيكية مع الموصلات الفائقة التي تستخدم عادة لبناء كمبيوتر الكم.

عندما يتم تبريد مثل هذه الشريحة إلى درجات حرارة منخفضة للغاية ، فإنها تتصرف بطرق غير عادية وقوية تعتقد Microsoft أنها ستسمح لها بحل المشكلات التكنولوجية والعلمية التي لم تتمكن الآلات الكلاسيكية أبدًا. وقالت الشركة إن هذه التكنولوجيا ليست متقلبة مثل تقنيات الكم الأخرى ، مما يسهل استغلال قوتها.

يتساءل بعض ما إذا كانت Microsoft قد حققت هذا المعلم ، وقال العديد من الأكاديميين البارزين إن أجهزة الكمبيوتر الكم لن تتحقق بالكامل لعقود. لكن علماء Microsoft قالوا إن أساليبهم ستساعدهم على الوصول إلى خط النهاية عاجلاً.

وقال تشيتان ناياك ، زميل فني في Microsoft الذي قاد الفريق الذي قام ببناء التكنولوجيا: “نعتبر هذا شيئًا بعيدًا عن سنوات ، وليس على بعد عقود”.

تضيف تكنولوجيا Microsoft ، التي تم تفصيلها في ورقة بحثية تم نشرها في مجلة Science Journal Nature يوم الأربعاء ، قوة دافعة جديدة إلى سباق يمكن أن يعيد تشكيل المشهد التكنولوجي. بالإضافة إلى تسريع التقدم عبر العديد من المجالات التكنولوجية والعلمية ، يمكن أن يكون الكمبيوتر الكم قويًا بما يكفي لكسر التشفير الذي يحمي الأسرار الوطنية.

من المقرر أن يكون له أي تطورات آثار جيوسياسية. على الرغم من أن الولايات المتحدة تستكشف الحوسبة الكمومية في المقام الأول من خلال شركات مثل Microsoft وموجة من الشركات الناشئة ، قالت الحكومة الصينية إنها تستثمر 15.2 مليار دولار في التكنولوجيا. ارتكب الاتحاد الأوروبي 7.2 مليار دولار.

لا تزال الحوسبة الكمومية ، التي تبني على عقود من البحث في نوع من الفيزياء المسمى ميكانيكا الكم ، تقنية تجريبية. ولكن بعد الخطوات الأخيرة من قبل Microsoft و Google وآخرون ، يثق العلماء أن هذه التكنولوجيا ستستغرق في النهاية ووعدها.

وقال فرانك ويلتشك ، وهو عالم فيزيائي نظري في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا: “الحوسبة الكمومية هي احتمال مثير للفيزياء ، وعلى العالم”.

لفهم الحوسبة الكمومية ، فإنه يساعد على معرفة كيفية عمل الكمبيوتر التقليدي. يعتمد الهاتف الذكي أو الكمبيوتر المحمول أو كمبيوتر سطح المكتب على رقائق صغيرة مصنوعة من أشباه الموصلات ، وهي مواد تقوم بالكهرباء في بعض المواقف وليس جميعها. تخزن هذه الرقائق أرقام وأرقام العمليات ، وإضافتها ، وضربها وما إلى ذلك. يقومون بهذه الحسابات من خلال معالجة “أجزاء” من المعلومات. يحمل كل بت إما 1 أو 0.

يعمل كمبيوتر الكم بشكل مختلف. يعتمد الشيء الكمي ، أو QUBIT ، على السلوك الغريب للجزيئات دون الذرية أو المواد الغريبة المبردة إلى درجات حرارة منخفضة للغاية.

عندما يكون إما صغيرًا للغاية أو باردًا للغاية ، يمكن أن يتصرف كائن واحد مثل كائنين منفصلين في نفس الوقت. من خلال تسخير هذا السلوك ، يمكن للعلماء بناء Qubit يحمل مجموعة من 1 و 0. وهذا يعني أن اثنين من Qubits يمكن أن يحمل أربع قيم في وقت واحد. ومع نمو عدد Qubits ، يصبح الكمبيوتر الكم أكثر قوة.

تستخدم الشركات مجموعة متنوعة من التقنيات لبناء هذه الآلات. في الولايات المتحدة ، معظمها ، بما في ذلك Google ، تقوم ببناء Qubits باستخدام الموصلات الفائقة ، وهي مواد تجري الكهرباء دون فقدان الطاقة التي تنقلها. أنها تخلق هذه الموصلات الفائقة عن طريق تبريد المعادن إلى درجات حرارة منخفضة للغاية.

رهنت Microsoft على نهج لا يتخذه سوى القليل من الآخرين: الجمع بين أشباه الموصلات مع الموصلات الفائقة. تم اقتراح المبدأ الأساسي – جنبا إلى جنب مع اسم SOPOCHOLOGY QUBIT – لأول مرة في عام 1997 من قبل Alexei Kitaev ، وهو فيزيائي أمريكي روسي.

بدأت الشركة العمل في هذا المشروع غير العادي في أوائل العقد الأول من القرن العشرين ، عندما لم يعتقد العديد من الباحثين أن هذه التكنولوجيا كانت ممكنة. إنه مشروع أبحاث أطول من Microsoft.

وقالت ساتيا ناديلا ، الرئيس التنفيذي لشركة Microsoft ، في مقابلة: “هذا شيء يراهنه جميع المديرين التنفيذيين الثلاثة في هذه الشركة”. (كان الرؤساء التنفيذيون السابقون للشركة بيل جيتس ، مؤسس ، وستيف بالمر ، الذي كان يدير Microsoft في أوائل العقد الأول من القرن العشرين).

قامت الشركة الآن بإنشاء جهاز واحد يشكل جزءًا من أرسينيد الإنديوم (نوع من أشباه الموصلات) وجزء من الألومنيوم (موصل فائق في درجات حرارة منخفضة). عندما يتم تبريده إلى حوالي 400 درجة أقل من الصفر ، فإنه يعرض نوعًا من السلوك العالمي الآخر الذي قد يجعل أجهزة الكمبيوتر الكمومية ممكنة.

وقال فيليب كيم ، أستاذ الفيزياء في جامعة هارفارد ، إن إبداع مايكروسوفت الجديد كان مهمًا لأن qubits الطوبولوجية يمكن أن تسرع في تطوير أجهزة الكمبيوتر الكمومية. وقال “إذا نجح كل شيء ، فقد يكون بحث Microsoft ثوريًا”.

لكن جيسون أليسيا ، أستاذ الفيزياء النظرية في معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا ، تساءل عما إذا كانت الشركة قد بنت بالفعل Qubit الطوبولوجية ، قائلة إن سلوك الأنظمة الكمومية يصعب إثباته.

وقال الدكتور أليشيا: “من الممكن أن يكون هناك Qubit الطوبولوجي من حيث المبدأ ، والناس يتفقون على أنه هدف يستحق العناء”. “عليك أن تتحقق من أن الجهاز يتصرف بكل الطرق السحرية التي تتنبأ بها النظرية ؛ خلاف ذلك ، قد يكون الواقع أقل وردية للحوسبة الكمومية. لحسن الحظ ، تم الآن إعداد Microsoft لمحاولة. “

قالت Microsoft إنها قامت ببناء ثمانية مجموعات طوبولوجية فقط ، وأنها لم تتمكن بعد من إجراء حسابات من شأنها أن تغير طبيعة الحوسبة. لكن باحثو الشركة يرون أن هذا خطوة نحو بناء شيء أكثر قوة.

في الوقت الحالي ، لا تزال هذه التكنولوجيا ترتكب الكثير من الأخطاء التي لا تهدف إلى أن تكون مفيدة حقًا ، على الرغم من أن العلماء يطورون طرقًا لتقليل الأخطاء.

في العام الماضي ، أظهرت Google أنه مع زيادة عدد الحالات ، يمكن أن يقلل بشكل كبير من عدد الأخطاء من خلال التقنيات الرياضية المعقدة.

وقال العديد من العلماء إن تصحيح الخطأ سيكون أقل تعقيدًا وأكثر كفاءة إذا تمكنت Microsoft من إتقان qubits الطوبولوجية.

في حين أن Qubit يمكن أن يحتفظ بقيم متعددة في نفس الوقت ، فإنه مثقلة بمشكلة متأصلة. عندما يحاول الباحثون قراءة المعلومات المخزنة في Qubit ، فإنها “تنهار” وتنهار في قطعة كلاسيكية تحمل قيمة واحدة فقط: A 1 أو A 0.

هذا يعني أنه إذا حاول شخص ما قراءة Qubit ، فإنه يفقد قوته الأساسية. لذلك يحتاج العلماء إلى التغلب على مشكلة أساسية: كيف تقوم ببناء جهاز كمبيوتر إذا كان يتم كسره كلما استخدمته؟

طرق تصحيح خطأ Google هي وسيلة للتعامل مع هذه المشكلة. تعتقد Microsoft أنها يمكن أن تحل المشكلة بشكل أسرع لأن Qubits الطوبولوجية تتصرف بشكل مختلف وتكون أقل عرضة للانهيار من الناحية النظرية عندما يقرأ شخص ما المعلومات التي يخزنها.

قال الدكتور ناياك: “إنه يجعل من أجل Qubit جيدًا حقًا”.