أحدث الاختراقات في الحوسبة الكمومية 2024: ما الذي تغير فعلاً ولماذا يهم

هناك نسخة من قصة الحوسبة الكمومية تتكرر كل عام: بيان صحفي مثير، رقم ضخم يكسر الفهم، ثم صمت. شعرت الأبحاث في عام 2024 بأنها مختلفة عن السنوات السابقة التي تتكرر فيها نفس القصة. ليس بسبب إعلان واحد، بل بسبب ثلاث لحظات اختراق حدثت خلال شهور قليلة من بعضها البعض — كل منها من شركة مختلفة تستخدم نهجًا مختلفًا جوهريًا لنفس المشكلة. عندما يحدث ذلك بشكل متزامن عبر هياكل الأجهزة، فغالبًا ما يكون علامة على أن المجال يتقدم بدلاً من أن يدور في حلقة مفرغة.

إليك ما تغير فعلاً في 2024، ولماذا يهم كل تطور، وما هي التحفظات الصادقة.

جوجل ويلو: الشريحة التي غيرت حديث تصحيح الأخطاء

أكبر خبر لهذا العام جاء في 9 ديسمبر 2024. كشفت فريق الذكاء الاصطناعي الكمومي في جوجل عن ويلو — معالج كمومي فائق التوصيل بـ 105 كيوبتات بُني في منشأتهم الخاصة للتصنيع في جامعة كاليفورنيا سانتا باربرا — وما أظهره لم يكن مجرد شريحة أسرع. كان إثباتًا لشيء كان المجال يحاول إثباته منذ ما يقرب من ثلاثة عقود.

الإنجاز الأساسي: مع إضافة جوجل المزيد من الكيوبتات إلى ويلو، انخفض معدل الخطأ بدلاً من أن يرتفع. يبدو الأمر بسيطًا. لكنه ليس كذلك. لسنوات، كانت الإحباطات المركزية في الحوسبة الكمومية أن المزيد من الكيوبتات يعني المزيد من الضوضاء، وعدم الاستقرار، وتراكم الأخطاء خلال العمليات الحسابية. يمكنك بناء نظام أكبر، لكنه سيكون أقل موثوقية. كسر ويلو هذا الرابط. باستخدام بنية تصحيح الأخطاء الخاصة به، أظهر الشريحة ما يُسمى بـ “العمل دون العتبة” — النقطة التي عندها التوسع يساعد بدلاً من أن يضر.

المعيار الذي أجرته جوجل جنبًا إلى جنب مع هذا الإعلان أصبح فوريًا مشهورًا: أكمل ويلو حساب أخذ عينات دائرة عشوائية في أقل من خمس دقائق، وهو ما كان سيستغرق أقرب حاسوب فائق كلاسيكي اليوم 10 كوينتيليون سنة — أي 10²⁵ سنة، تقريبًا مليون مرة عمر الكون الحالي. كما قال هارتموت نيفن، مؤسس قسم الذكاء الاصطناعي الكمومي في جوجل عام 2012: “لقد تجاوزنا نقطة التعادل.” نُشرت التفاصيل التقنية الكاملة في مجلة نيتشر المحكمة، وهو أمر مهم: الادعاءات السابقة بوجود تفوق كمومي جذبت انتقادات مشروعة، وتوفر المنهجية للفحص هو فرق ذو معنى.

الإعلان الرسمي والوثائق التقنية متاحة مباشرة على مدونة جوجل للذكاء الاصطناعي الكمومي.

التحفظ الصادق: اختبار معيار ويلو لا يزال محدودًا. أخذ عينات الدوائر العشوائية يثبت أن بعض العمليات الحسابية غير قابلة للحوسبة الكلاسيكية لهذا الشريحة — لكنه لا يعني أن ويلو يمكنه حاليًا تشغيل تطبيقات اكتشاف الأدوية أو نمذجة المناخ التي يُذكرها عند الحديث عن الحوسبة الكمومية. قيمة ويلو تكمن في البنية المعمارية: فهي تظهر أن الحوسبة الكمومية ذات التصحيح الأخطاء على نطاق واسع لم تعد نظرية علوية. إنها مسار هندسي مثبت.

مايكروسوفت و Quantinuum: إنجاز الكيوبت المنطقي

قبل ثمانية أشهر من إعلان ويلو، نشرت مايكروسوفت و Quantinuum نتيجة في أبريل 2024 لم تحظَ بتغطية إعلامية واسعة، لكنها لفتت انتباه الباحثين بشكل كبير. أظهروا كيوبتات منطقية بمعدلات خطأ أقل بـ 800 مرة من الكيوبتات الفيزيائية التي بُنيت منها — باستخدام ما أطلقت عليه مايكروسوفت “تخيل الكيوبت”.

الفرق بين الكيوبتات الفيزيائية والمنطقية هو الخط الفاصل الحقيقي في الحوسبة الكمومية. الكيوبتات الفيزيائية هي وحدات الأجهزة — فهي مشوشة، حساسة لدرجة الحرارة، والاهتزاز، والتداخل الكهرومغناطيسي، والزمن نفسه. الكيوبتات المنطقية تُبنى بدمج عدة كيوبتات في بنية تُخزن المعلومات بشكل زائدي، بحيث يمكن اكتشاف الأخطاء وتصحيحها دون تدمير الحساب. التحدي دائمًا كان أن الكيوبتات المنطقية تتطلب عددًا كبيرًا من الكيوبتات الفيزيائية لبنائها، مما يجعل التكلفة عالية جدًا. تقليل معدل الخطأ بمقدار 800 مرة يعني أن الكيوبتات المنطقية بدأت تبدو واقعية أكثر من كونها نظرية.

وسعت مايكروسوفت هذا في نوفمبر 2024. بالتعاون مع شركة Atom Computing، أنشأوا وارتبطوا بنجاح بـ 24 كيوبت منطقي باستخدام ذرات اليوربيوم المحايدة المبردة للغاية — مسجلين رقمًا قياسيًا جديدًا وبتحقيقات عالية جدًا في دقة البوابات: 99.963% للعمليات على كيوبت واحد و99.56% للبوابات ذات الكيوبتتين المترابطة. تستخدم طريقة الذرات المحايدة الليزر المبردة، والتي تُحكم بواسطة أدوات ليزر متطورة جدًا لا تزال غير متوفرة على نطاق واسع.

ثم في ديسمبر 2024، ذهبت Quantinuum أبعد من ذلك: ارتباط 50 كيوبت منطقي — رقم قياسي آخر، ودليل على أن عصر الكيوبتات المنطقية ليس هدفًا مستقبليًا بل حاضر نشط.

IBM Heron R2: الاختراق في مجال الهندسة

حصلت إنجازات جوجل وويلو ومايكروسوفت على الكثير من العناوين في 2024. لكن مساهمة IBM كانت أكثر هدوءًا لكنها مهمة بنفس القدر لمن يفكر في مصدر الحوسبة الكمومية العملية.

في نوفمبر 2024، كشفت IBM عن معالج Heron R2 — بـ 156 كيوبت، وهو الجيل الثاني من بنية Heron، مبني بنمط شبكة سداسية ثقيلة. عدد الكيوبتات الرئيسي أقل أهمية من ما حدث للأداء. انخفضت معدلات خطأ بوابات 2Q إلى 8×10⁻⁴. يمكن للنظام الآن تنفيذ دوائر كمومية تصل إلى 5000 عملية بوابة ثنائية الكيوبت. والأعباء التي كانت تستغرق أكثر من 120 ساعة لإكمالها على أفضل أجهزة IBM الكمومية كانت تُشغل في حوالي 2.4 ساعة — أي تسريع يقارب 50 مرة.

في وقت سابق من 2024، أكملت IBM أيضًا تحدي “100×100” الذي وضعته بنفسها، حيث شغلت دائرة بـ 100 كيوبت بعمق 100 خلال ساعات. هذا نوع من الحساب “العملي” — لا يمكن حله بطريقة القوة الغاشمة بواسطة الحوسبة الكلاسيكية — وإكماله يمثل نوع الإثبات التدريجي الذي بنته سمعة IBM عليه.

النتيجة التقنية الأهم في 2024 جاءت في ورقة نيتشر تصف رمز تصحيح أخطاء جديد يُسمى “الدراجة ثنائية المتغير” qLDPC. يتطلب تصحيح الأخطاء الكمومي التقليدي باستخدام رموز السطح حوالي 3000 كيوبت فيزيائي لتشفير كيوبت منطقي موثوق واحد. يحقق الرمز الجديد من IBM كبت أخطاء مماثل باستخدام 144 كيوبت بيانات و144 كيوبت مساعد لفحوصات الأخطاء — أي تقليل بمقدار 10 مرات في التكلفة. هذا النوع من الكفاءة يجعل الحوسبة الكمومية المقاومة للأخطاء تبدو أقل كهدف بعيد وأكثر كمشكلة هندسية ذات مسار حل محدد.

الخارطة الكاملة لأجهزة IBM والمواصفات الحالية للمعالجات موثقة على ibm.com/quantum.

NIST والتشفير بعد الكم: الاختراق الذي لا يتحدث عنه أحد في 2024

التطور الرئيسي الرابع في 2024 لم يشمل معالج كمومي على الإطلاق. في أغسطس 2024، نشرت المعهد الوطني للمقاييس والتقنية الأمريكي (NIST) رسميًا أول معايير للتشفير المقاوم للكم — خوارزميات مصممة لمقاومة هجمات الحواسيب الكمومية المستقبلية. اثنان من الثلاثة خوارزميات (ML-KEM و ML-DSA) تم تطويرهما بواسطة خبراء التشفير في IBM Research في زيورخ.

لماذا يندرج هذا في مقالة عن إنجازات الحوسبة الكمومية؟ لأنه أول اعتراف ملموس من جهة معايير عالمية بأن الحواسيب الكمومية القادرة على كسر التشفير الحالي لم تعد نظرية بحتة. المعايير موجودة لأن الحكومات والمؤسسات بحاجة لبدء الانتقال الآن، قبل وصول الحواسيب الكمومية ذات الصلة بالتشفير. الجدول الزمني للانتقال من نشر المعايير إلى الانتشار الواسع عادة ما يكون عقدًا أو أكثر. قرار NIST في 2024 بدأ فعليًا ذلك الساعة.

بالنسبة للبنية التحتية للبلوكشين والأصول الرقمية تحديدًا، هذا مرتبط مباشرة. أنظمة التشفير غير المتناظرة الحالية التي تحمي المحافظ والمعاملات والعقود الذكية ستحتاج في النهاية إلى استبدالها ببدائل مقاومة للكم. تغطية BlockchainReporter لتطورات التشفير والبلوكشين تتابع هذا الانتقال أثناء حدوثه في الصناعة.

لتحليل مفصل حول كيف تؤثر التقدمات الكمومية على أمان العملات الرقمية تحديدًا، راجع تحليل BlockchainReporter لتأثير الحوسبة الكمومية على العملات الرقمية.

التقييم الصادق: ما أثبتته 2024 وما لم تثبته

سيكون من السهل قراءة ما سبق والاستنتاج أن الحوسبة الكمومية “وصلت”. هذا التصور ليس دقيقًا تمامًا، وكان الباحثون المعنيون واضحين بشأن ذلك.

ويلو من جوجل لا يزال لا يُشغل التطبيقات التي تعد بها خارطة الطريق طويلة المدى — اكتشاف الأدوية، علوم المواد، التحسين المالي. أظهر تصحيح الأخطاء دون العتبة ونتيجة معيارية. الفجوة بين ذلك وبين حساب تجاري مفيد لا تزال كبيرة، وتتطلب معدلات خطأ أقل بكثير من المستويات الحالية.

للفهم كيف يرد المجتمع التشفيري فعليًا على هذه التطورات، تقدم تغطية BlockchainReporter لآراء الخبراء حول تهديدات الحوسبة الكمومية للبيتكوين منظورًا مفيدًا على الفجوة بين الخطر النظري والواقع الحالي.

50 كيوبت منطقي من Quantinuum يمكنها اكتشاف الأخطاء، لكن التصحيح الكامل للأخطاء (الكشف عنها وتصحيحها دون تدمير الحالة الكمومية) هو مشكلة أصعب لا تزال قيد العمل. سجل Atom Computing الخاص بمايكروسوفت استخدم ذرات اليوربيوم المحايدة التي تتطلب بنية تحكم ليزر معقدة جدًا لا تزال غير موجودة على نطاق واسع.

معالج Heron R2 من IBM هو الأكثر تطبيقًا من بين أنظمة 2024 — موجود في سحابة IBM الكمومية، ويشغل عملاء المؤسسات عليه، ونتائج معيار 100×100 تظهر نتائج عملية. لكن معالج Starling، أول نظام كامل التصحيح للأخطاء من IBM، لا يُتوقع إلا في 2029.

ما أثبتته 2024 هو أكثر أهمية مما لم تثبته. توقف المجال عن التقدم في اتجاه واحد وبدأ يتقدم في جميع الاتجاهات في آنٍ واحد — الأجهزة، تصحيح الأخطاء، الكيوبتات المنطقية، كفاءة البرمجيات، والمعايير التشفيرية. كمجتمع بحثي، بدأ يتصرف بشكل أقل كحقل فيزياء نظرية وأكثر كمجال هندسي مع معالم يمكن التحقق منها بشكل مستقل وإعادة إنتاجها.

بالنسبة لقرّاء BlockchainReporter الذين يتابعون تقارب الحوسبة الكمومية والذكاء الاصطناعي الذي يعيد تشكيل البنية التحتية المالية، يغطي القسم الخاص بأحدث التطورات في البلوكشين والتقنيات الناشئة كيف تؤثر هذه التحولات على الأنظمة اللامركزية وأمان الأصول الرقمية في الوقت الحقيقي.

ما القادم: مسار 2025–2026

تضع إنجازات 2024 مجموعة من الخطوات التالية التي يعمل المجال على معالجتها بنشاط.

الهدف التالي بعد ويلو هو تحقيق التشغيل المقاوم للأخطاء — الانتقال من تصحيح الأخطاء دون العتبة إلى تصحيح كامل حيث يمكن للنظام تشغيل حسابات طويلة بشكل موثوق. خوارزمية صدى الكم، التي نُشرت على معالج ويلو في 2025، أظهرت أول ميزة كمومية قابلة للتحقق لحل حسابي حقيقي، مما يمثل خطوة تتجاوز عروض المعايير نحو نتائج ذات صلة بالتطبيق.

تستهدف خارطة طريق مايكروسوفت 50–100 كيوبت منطقي مترابط في تطبيقات تجارية خلال السنوات القليلة القادمة — بما يكفي، وفق تقديرهم، لتحقيق “اختراقات عملية حقيقية في علوم المواد أو الكيمياء”. معالجهم Majorana 1، الذي تم تقديمه في 2025 والمبني على كيوبتات طوبولوجية غريبة، يمثل رهانًا معماريًا ثالثًا بجانب النهجين التوصيلي والمحايد.

معالج IBM Starling، المتوقع في 2029، يهدف إلى 100 مليون بوابة عبر 200 كيوبت معدل تصحيح أخطاء باستخدام رمز جروس — وهو الهندسة التي تعتقد IBM أنها ستجسر أخيرًا بين الفائدة الكمومية والميزة الكمومية للمشاكل ذات القيمة التجارية.

المسار من 2024 يتجه في اتجاه واحد ثابت: السؤال لم يعد هل الحوسبة الكمومية ذات التصحيح الأخطاء على نطاق واسع ممكنة. إن إنجازات 2024 أثبتت أنه ممكن عبر عدة نهج للأجهزة. السؤال الآن هو أي نهج يتوسع بسرعة أكبر، ومدى سرعة ظهور التطبيقات التي تبرر الاستثمار.

هذه المقالة لأغراض إعلامية وتعليمية فقط. لا تشكل نصيحة مالية أو استثمارية.