سيليكون متطور.. كيف تُحدث رقائق السيليكون ثورة في أداء الحواسيب العملاقة؟

السيليكون في الحوسبة الكمومية: تحول ثوري يفتح آفاقًا عالية الدقة للكيوبتات

السيليكون في الحوسبة الكمومية: خطوة نوعية نحو منصة الكم الحديثة

لطالما كان السيليكون العمود الفقري للثورة الرقمية، لكنه بقي محصورًا ضمن حدود الفيزياء التقليدية، حتى جاء فريق الباحثين في جامعة نيو ساوث ويلز بأستراليا ليحدث ثورة علمية حقيقية؛ حيث نجحوا في تحويل السيليكون إلى منصة متطورة قادرة على استضافة وتوصيل وحدات الحوسبة الكمومية أو الكيوبتات بأعلى مستويات الدقة، ما يمهد الطريق لبناء أنظمة كمومية واسعة النطاق تعتمد على هذه المادة المتاحة والمنتشرة منذ عقود.

كيف غيّر السيليكون قواعد اللعبة في السباق نحو الحوسبة الكمومية؟

يعتبر هذا التحول في استخدام السيليكون في الحوسبة الكمومية تغيرًا جذريًا، وضع هذه المادة في مركز السباق نحو تبني تقنيات الحوسبة الكمومية الواسعة النطاق، إذ تعتمد المعلومات الكمومية على الكيوبت، وهي وحدة تستغل ظواهر غريبة مثل الدوران النووي (Spin) للذرة، ولتفعيلها يجب تحقيق أمرين متناقضين: عزل الذرات عن الضوضاء الخارجية كالاهتزازات والحرارة للحفاظ على حالتها الحساسة، وفي نفس الوقت تحقيق تشابك بين الذرات من أجل تنفيذ الحسابات المعقدة. كانت أبحاث سابقة قد حققت عزل الذرات، لكنها لم تنجح في ربطها على مسافات مناسبة لبناء معالجات كمومية عملية.

الاكتشاف الأسترالي وفك شيفرة التواصل بين الكيوبتات عبر السيليكون

يكمن العبقرية في هذا الإنجاز الأسترالي في سد «فجوة التواصل» بين الذرات، فقد تخطى الفريق تحدي ربط أنوية ذرات الفوسفور مباشرة داخل السيليكون، واستخدم بدلاً من ذلك إلكترونات الذرات كوسطاء يتصرفون كـ «جسر كمومي» يمكنه التمدد عبر الرقاقة، مما يسمح بنقل حالة الدوران الكمومية بين نواتين ذريتين متباعدتين عشرات النانومترات، مما يفتح المجال لبناء شبكات حوسبة واسعة ومدمجة. بالإضافة إلى ذلك، تمكن الباحثون من تقليل معدل الخطأ في عمليات التشابك إلى أقل من 1%، وهو المطلب الأساسي لضمان فعالية تشغيل الخوارزميات الكمومية المعقدة.

• استخدام السيليكون فائق النقاوة كأساس للرقائق الكمومية
• توظيف إلكترونات ذرات الفوسفور كوسيط للتواصل الكمومي
• تحقيق مرحلة عزل وتشابك متوازنة وعالية الدقة للكيوبتات
• معدل خطأ يقل عن 1% في عمليات التشابك لتمكين الخوارزميات المعقدة

توسيع الحوسبة الكمومية عبر السيليكون: مستقبل معالجات الرقائق الإلكترونية

أثبت الباحثون أن السيليكون فائق النقاوة، وهو المادة الأساسية لجميع الرقائق الإلكترونية المستخدمة حاليًا، يمكن استغلاله لبناء حواسيب كمومية قابلة للتوسع، وهذا يعيد تعريف الإمكانيات التصنيعية الضخمة لمصانع الرقائق الكبرى (Foundries)، حيث يمكنها الاستمرار في تطبيق تقنياتها الحالية بصورة مباشرة على إنتاج معالجات كمومية، دون الحاجة إلى إنشاء منشآت جديدة معقدة تعتمد على مواد خاصة أو نادرة.

هذا التقدم يشكل نقطة انطلاق حيوية لتجاوز تباطؤ «قانون مور»، الذي ظل يحدد مضاعفة القدرة الحاسوبية للرقائق كل عامين، ويُعزز الاتجاه نحو التحول من معالجة البتات التقليدية إلى معالجة الكيوبتات الكمومية، ما يجعل الحوسبة الكمومية واقعًا تقنيًا قابلاً للتطبيق والتطوير التجاري باستخدام السيليكون، العنصر الأكثر شيوعًا في عالم التكنولوجيا اليوم.