رقاقة Majorana 2 من مايكروسوفت: كيوبتات تعيش 20 ثانية وحاسوب كمومي قابل للتوسع بحلول 2029

كشفت مايكروسوفت عن Majorana 2 في مؤتمر Build 2026 في سان فرانسيسكو — ثاني رقاقاتها الكمومية التوبولوجية، وخطوة مهمة إلى الأمام في رهان استمر لأكثر من عقد. يبلغ متوسط عمر الكيوبتات في Majorana 2 20 ثانية، وبعضها يدوم حتى دقيقة كاملة. هذا الرقم مهم جدًا في الحوسبة الكمومية، حيث أن هشاشة تماسك الكيوبتات كانت تاريخيًا العقبة الرئيسية أمام بناء أنظمة قادرة على أداء عمل مفيد.

للمقارنة: الكيوبتات فائقة التوصيل التقليدية، التي تستخدمها IBM وGoogle، تحافظ عادةً على التماسك لمئات الميكروثانية أو بضع ملي ثانية. رقاقة Majorana 1، أول رقاقة توبولوجية لمايكروسوفت أُعلن عنها في فبراير 2025، كانت دليلًا على إمكانية تصنيع الكيوبتات التوبولوجية. أما Majorana 2 فتمثل ما وصفه الرئيس التنفيذي ساتيا ناديلا في Build بأنه "بداية النطاق الهندسي" — ليس فقط إثبات الفيزياء، بل إظهار تحسينات التصنيع اللازمة لبناء كيوبتات موثوقة بكميات كبيرة.

ما الذي يجعل الكيوبتات التوبولوجية مختلفة؟

تصميمات الكيوبتات التقليدية تُشفر المعلومات الكمومية في حالة جسم فيزيائي واحد — دائرة فائقة التوصيل، أو أيون محصور، أو فوتون — مما يجعلها حساسة بطبيعتها للضوضاء البيئية. مجال كهرومغناطيسي عابر، أو اهتزاز، أو شعاع كوني يمكن أن ينهار الحالة الكمومية ويسبب خطأ.

الكيوبتات التوبولوجية تُشفر المعلومات بشكل مختلف. فبدلاً من جسم فيزيائي واحد، تخزن المعلومات الكمومية في الخصائص الكلية لنظام فيزيائي — وتحديدًا، في تكوين جسيمات شبه غريبة تسمى فرميونات مايورانا التي تظهر عند حدود بعض الواجهات بين أشباه الموصلات والموصلات الفائقة. ولأن المعلومات مشفرة في خاصية توبولوجية وليس في حالة محلية، فهي بطبيعتها أكثر مقاومة للاضطرابات المحلية. فالضوضاء البيئية يجب أن تزعج الطوبولوجيا الكلية للنظام بأكمله لتسبب خطأ، وليس مجرد إزعاج جسيم واحد.

هذه الحماية النظرية كانت جاذبية الكيوبتات التوبولوجية منذ اقتراح النهج لأول مرة. التحدي كان إثبات أنها تعمل عمليًا — أي أنه يمكن إنشاء فرميونات مايورانا والتحكم فيها وقراءتها في أجهزة مصنعة. قدمت Majorana 1 أول تحقق تجريبي. وتُحسن Majorana 2 عمر الكيوبتات بشكل كبير، وهو المقياس الذي يحدد بشكل مباشر ما إذا كانت الكيوبتات التوبولوجية قادرة على الوفاء بوعدها النظري.

مجموعة المواد الجديدة

التغييرات الرئيسية في Majorana 2 هي على مستوى المواد. النهج السابق استخدم الألومنيوم كموصل فائق ملامس لأرسينيد الإنديوم (InAs) شبه الموصل. وتستبدل Majorana 2 الألومنيوم بالرصاص كموصل فائق وتضيف أرسينيد أنتيمونيد الإنديوم (InAsSb) إلى جانب أرسينيد الإنديوم في المنطقة النشطة شبه الموصلة.

يمتلك الرصاص فجوة فائقة التوصيل أكبر بكثير من الألومنيوم — الحاجز الطاقي الذي يحمي الحالة فائقة التوصيل من الاضطراب الحراري. فجوة أكبر تعني استقرارًا أكبر في درجات حرارة التشغيل ومتانة أكبر ضد أنواع التقلبات الحرارية والكهرومغناطيسية التي تسبب الأخطاء. طبقة أرسينيد أنتيمونيد الإنديوم تعدل بنية النطاق لواجهة شبه الموصل-الموصل الفائق بطرق تخلق طورًا توبولوجيًا أكثر استقرارًا — النظام الذي تتشكل فيه فرميونات مايورانا وتستمر.

تم تحديد هذه التحسينات المادية وتحسينها بمساعدة منصة Microsoft Discovery، منصة الذكاء الاصطناعي الوكيل (Agentic AI) التابعة لمايكروسوفت للبحث العلمي (أُعلن عنها في Build 2026 كمنتج متاح للعامة). تدير مايكروسوفت حلقة تغذية راجعة حيث تساعد أنظمة الذكاء الاصطناعي في تصميم التجارب، وتحليل النتائج، واقتراح تعديلات على المواد — ثم ينفذ فريق التصنيع تلك الاقتراحات ويحلل الذكاء الاصطناعي النتائج. مجموعة مواد Majorana 2 هي جزئيًا نتاج هذا التعاون البشري-الذكاء الاصطناعي في علم المواد.

الجدول الزمني: 2029 بدلاً من 2033

أكثر الإعلانات أهمية تجاريًا في الكشف عن Majorana 2 هو تعديل الجدول الزمني. كانت مايكروسوفت قد توقعت سابقًا حاسوبًا كموميًا "على نطاق المنفعة" — قادر على حل مشاكل عملية تتجاوز قدرة الحواسيب الكلاسيكية — بحلول عام 2033 تقريبًا. وقد تم نقل هذا الجدول إلى 2029، أي تسريع بأربع سنوات.

رؤية مايكروسوفت لماهية "الحوسبة الكمومية القابلة للتوسع" محددة: رقاقة واحدة تحتوي على أكثر من مليون كيوبت. النهج الحالية لتوسيع نطاق الحوسبة الكمومية — بما في ذلك بنية IBM المعيارية متعددة الرقاقات التي تستهدف مئات الكيوبتات المنطقية بحلول أواخر العقد — تتضمن توصيل عدة معالجات أصغر. تعتقد مايكروسوفت أن استقرار الكيوبتات التوبولوجية والبصمة الفيزيائية الأصغر تمكن من دمج عدد أكبر بكثير من الكيوبتات على رقاقة واحدة، لتصل في النهاية إلى كثافة المليون كيوبت اللازمة للحساب المتسامح مع الأخطاء دون تعقيد معياري.

هدف 2029 طموح. فهو لا يتطلب فقط الحفاظ على تحسينات Majorana 2 على نطاق واسع، بل أيضًا حل التحكم في الكيوبتات بكثافات تتجاوز بكثير ما تم عرضه حتى الآن، وتنفيذ تصحيح الأخطاء الكمومية بكفاءة، ودمج الإلكترونيات الكلاسيكية للتحكم مع الأجهزة الكمومية المبردة. كل من هذه تمثل تحديًا هندسيًا كبيرًا.

كيف تقارن Majorana 2 مع المنافسين

مشهد الحوسبة الكمومية في 2026 يضم عدة نهج موثوقة بالتوازي، لكل منها مقايضات مختلفة:

خارطة طريق IBM تستهدف 100,000 كيوبت فيزيائي بحلول 2033، باستخدام كيوبتات ترانسمون فائقة التوصيل في معالجات معيارية متصلة. الميزة القريبة المدى لـIBM هي أن أجهزتها موجودة اليوم على نطاق واسع — لدى الشركة أكثر من 100 نظام كمومي متاح عبر سحابة IBM Quantum. القيد هو أن أوقات التماسك الأقصر للكيوبتات فائقة التوصيل تتطلب تكاليف إضافية لتصحيح الأخطاء الكمومية.

فريق Google للذكاء الاصطناعي الكمومي أظهر التفوق الكمومي في 2019 واستمر في توسيع مصفوفات الكيوبتات فائقة التوصيل. رقاقة Google Willow في 2024 أظهرت تصحيح الأخطاء دون العتبة — مما يعني أن المزيد من الكيوبتات يحسن معدلات الخطأ بدلاً من تفاقمها — وهي نتيجة بارزة. نهج Google ونهج مايكروسوفت متشابهان في الركيزة لكنهما يختلفان في فلسفة تصميم الكيوبت.

IonQ وQuantinuum وغيرهما يستخدمون كيوبتات الأيونات المحصورة، والتي بطبيعتها تملك أوقات تماسك أطول من الكيوبتات فائقة التوصيل ودقة بوابة عالية جدًا. القيود هي سرعة التشغيل والتوسع — أنظمة الأيونات المحصورة بطيئة مقارنة بالأنظمة فائقة التوصيل، وبناء مصفوفات كبيرة من الأيونات المحصورة معقد ميكانيكيًا.

نهج مايكروسوفت التوبولوجي، إذا توسعت عمر الكيوبتات واستقرارها الموضح في Majorana 2 لتشمل أنظمة أكبر، يقدم طريقًا محتملاً لأعداد الكيوبتات اللازمة للحساب المتسامح مع الأخطاء بتكاليف إضافية أقل من النهج المثقلة بتصحيح الأخطاء. كلمة "إذا" تحمل وزنًا كبيرًا في هذه الجملة — Majorana 2 هي رقاقة بعدد صغير من الكيوبتات التوبولوجية القابلة للإثبات، وليست نظامًا يشغل خوارزميات كمومية. لكن مقياس عمر الكيوبتات مقنع بما يكفي لأن النهج يستحق أن يُؤخذ على محمل الجد إلى جانب البدائل الأكثر رسوخًا.

ماذا يعني 2029 عمليًا؟

حاسوب كمومي متسامح مع الأخطاء بقدرة عملية بحلول 2029 سيعيد تشكيل عدة صناعات. اكتشاف الأدوية وعلوم المواد هما التطبيقان الأكثر ذكرًا: المحاكاة الكمومية للتفاعلات الجزيئية يمكنها تصميم أدوية ومواد جديدة لا تستطيع الحواسيب الكلاسيكية نمذجتها بدقة. التشفير هو التطبيق الرئيسي الآخر — الحواسيب الكمومية يمكنها كسر تشفير RSA والمنحنيات الإهليلجية على نطاق كافٍ، ولهذا السبب تم الانتهاء من معايير التشفير ما بعد الكمومي من NIST في 2024.

يجب قراءة الجدول الزمني لعام 2029 كطموح وليس ضمانًا. جداول الحوسبة الكمومية تاريخيًا كانت تطيل. لكن تحسينات المواد في Majorana 2 وعمر الكيوبت البالغ 20 ثانية هي نتائج مُثبتة تجريبيًا، وليست توقعات — وهذه القاعدة أفضل بشكل ملحوظ مما كان عليه الحال قبل 18 شهرًا.

المصادر: مايكروسوفت نيوز; توم هاردوير; ذا نكست ويب