تكنولوجيا الكم تتغلب على عوائق التقنية الرئيسية، وثلاثة مسارات رئيسية تدخل مرحلة التحقق من التطبيق الصناعي

صحيفة سيشوانغ تيباو: يو شنغليانغ، يي لينغزين

خطأ بمقدار 8B سنة لا يتجاوز ثانية واحدة، تكنولوجيا الكم تعيد مرة أخرى تحديث دقة القياس الزمنية للإنسان. في هذا العام مارس، حقق فريق بحثي تابع لجامعة العلوم والتكنولوجيا الصينية اختراقًا بمستوى 10^[-19] في تطوير ساعة الضوء، ما يدفع معيار الوقت العالمي إلى عصر القياس البصري. ويفتح مستوى الدقة الجديد هذا الباب أمام عدد من التطبيقات الرائدة.

قبل مئة عام، اكتشف علماء الفيزياء أن الفيزياء الكلاسيكية لا يمكنها تفسير العالم المجهري، فظهرت ميكانيكا الكم. اليوم، تقوم تكنولوجيا الكم بتجاوز حدود الفيزياء الكلاسيكية، وأعاد تعريف قدرات الحوسبة لدى الإنسان ودقة الاستشعار وأمن المعلومات.

وباعتبارها واحدة من الصناعات الستة المستقبلية ضمن خطة «الخمس سنوات الخمسة عشر»، فإن تكنولوجيا الكم تمثل دعمًا مهمًا لِمَا تستعد به الصين لاقتناص زمام المبادرة في التكنولوجيا والصناعات الأساسية المستقبلية. في الوقت الحالي، حققت الصين اختراقات في المسارات الثلاثة الرئيسية: الحوسبة الكمومية والاتصالات الكمومية والقياس الدقيق الكمومي. برزت مؤسسات بحثية ممثلة بجامعة العلوم والتكنولوجيا الصينية ومعهد شينزين الدولي لبحوث الكم، وكذلك شركات رائدة ممثلة بـ Guodun Quantum وGuoyi Quantum وYuanben Quantum، وتتشكل مبدئيًا ملامح نمط «تجمعات بحث وتطوير تدفع تطور الصناعة» .

ومع ذلك، لا تزال تكنولوجيا الكم بحاجة إلى تجاوز فجوات عديدة من الاختراقات الأصلية في المختبر إلى تطبيقات واسعة النطاق على مستوى سلسلة الصناعة. ومع تكاثف الجهود من أطراف متعددة، تتجه هذه المعركة نحو كسر الجمود.

الاستحواذ على المسارات الثلاثة الأساسية

الكم هو «أصغر وحدة» لتكوين طاقة العالم. يستخدم العلماء خصائص الكم لإعادة تشكيل العالم الماكرو وفقًا لقوانين العالم المجهري.

في مجال الحواسيب التقليدية، تُعد وحدات البِت هي أصغر وحدة معلومات، وتتكون من حالتين 0 و1، بينما في عالم الكم يمكن للبت الكمومي أن يكون في آنٍ واحد في حالة التراكب بين 0 و1، كما لو أن عملة دوّارة تمتلك خصائص الوجهين معًا؛ وبين بتات كمومية متعددة تتشكل ظاهرة التشابك، ويمكن استخدامها لإجراء عمليات تعاونية عالية الكفاءة؛ ويمكن لإجمالي حالات n من البتات الكمومية أن يصل إلى 2 الأس n، ما يتيح رفع بُعد القدرة الحاسوبية.

في المسارات الثلاثة الأساسية عالميًا للحوسبة الكمومية والاتصالات الكمومية والقياس الدقيق الكمومي، أظهرت المؤسسات والجهات المعنية بالصناعة في الصين قوة صلبة تقارب المستوى العالمي الأرفع.

يُنظر إلى الحوسبة الكمومية على نطاق واسع بوصفها أصعب المجالات ضمن تكنولوجيا الكم، وهدفها ابتكار حاسوب كمومي، لتنفيذ مهام حسابية لا تستطيع الحواسيب الكلاسيكية إنجازها؛ وهذا أيضًا هو اتجاه تركيز رئيسي لدى علماء من مختلف الدول وشركات تقنية عملاقة مثل Microsoft وGoogle.

نشأت من مختبر المعلومات الكمومية التابع للأكاديمية الصينية للعلوم، قام كِيان «Yuanben Quantum» بنجاح بتطوير حاسوب كمومي فائق التوصيل «Benyuan Wukong» مُركبًا عليه شريحة كمومية فائق التوصيل مستقلة بواقع 72 بت كمومي فائق التوصيل. ووفقًا للمعلومات، يعمل «Benyuan Wukong» من خلال تحسين تعاوني للبرمجيات والعتاد بين نظام تشغيل حاسوب كمومي «Benyuan Sinan» ونظام القياس والتحكم في كمومية «Benyuan Tianji»، وقد ظل يعمل بثبات لمدة تزيد عن عامين، وأكمل حتى الآن ما مجموعه 800 ألف مهمة حوسبة كمومية تخص 163 دولة ومنطقة حول العالم.

في مجال الاتصالات، تتميز «توزيع المفاتيح الكمومية» بميزة أن أي محاولة للتنصت تؤدي إلى اكتشافها، ما يجعل الاتصالات تدخل عصر الأمن المطلق. وباعتبار «Guodun Quantum» من أشهر الشركات في الاتصالات السرية الكمومية، مستندةً إلى ترتيبات براءات الاختراع الرائدة عالميًا في مجال الاتصالات الكمومية وغيرها، فقد طورت الشركة بنفسها الجيل الخامس من الأجهزة الأساسية للاتصالات السرية الكمومية، ما ساعد على إنشاء أول خط عالمي بمستوى ألف كيلومتر لاتصالات سرية كمومية «خط بكين-شنغهاي»، وشبكة عظمى وطنية للاتصالات السرية الكمومية عبر نطاق واسع، و«شبكة اتصالات سرية كمومية عابرة للسماء والأرض ونطاق واسع» وغيرها من المشاريع الكبرى، لتوفير دعم تقني حاسم لاتصالات الكم كي تنتقل من المختبر إلى التطبيقات التجريبية، ثم إلى نشر واسع النطاق.

يركز «Guoyi Quantum» أساسًا على مجال القياس الدقيق الكمومي، حيث طورت بنفسها أجهزة علمية عالية المستوى. قال مسؤول ذو صلة بالشركة لصحيفة سيشوانغ تيباو إن مثالًا على ذلك هو مسبار كمومي من الماس (Diamond quantum probe): قطر رأس المسبار لا يتجاوز 500 نانومتر، أي تقريبًا 1/100 من سماكة خصلة شعر. يدمج هذا الطرف المسباري شديد الصغر حساسًا على مستوى الذرة بحجم مقياسه لا يتجاوز نحو 0.5 نانومتر. كما أن ميزان الحرارة يستطيع إدراك حرارة جسم الإنسان، فإنه إذا كان المرء يريد إجراء «فحص» واحد لخلايا مفردة وجزيئات، فسيحتاج إلى أدوات قياس أكثر دقة وأشد حساسية؛ عندها يصبح جهاز الكم في موضع الحاجة. في عام 2018، أطلقت «Guoyi Quantum» أول جهاز إلكتروني رنين مغناطيسي بارامغنيسي موجة X قابل للاستخدام التجاري محلي الصنع في الصين، وكسر هيمنة احتكار التقنية لدى العلامات التجارية الأجنبية مرة واحدة، ما مكن الصين من تحقيق اختراق مهم في جانب التصنيع الصناعي لتقنية القياس الدقيق الكمومي.

في الوقت الحالي، يختلف نمط التطور في الصين بين المجالات الثلاثة الفرعية لتكنولوجيا الكم: ففي مجال الاتصالات السرية الكمومية، تحتل الصين مكانة رائدة عالميًا؛ وفي مجال أبحاث الحاسوب الكمومي، تتقدم الصين جنبًا إلى جنب مع الولايات المتحدة، لتكون ضمن الصف الأول عالميًا؛ وفي مجال القياس الدقيق الكمومي، تحرز الصين تفوقًا جزئيًا في مسارات فرعية محددة، لكن لا تزال هناك فجوة في مجالات مثل الأجهزة العلمية عالية المستوى مقارنةً بالدول المتقدمة.

التغلب على عوائق الاختراق التقني

بدأت صناعة الأجهزة العلمية عالية المستوى في الصين متأخرًا نسبيًا، وتوجد فجوات واضحة في استبدال تصنيع الأجزاء الدقيقة عالية التقنية في الجزء العلوي من سلسلة الصناعة. وقد ظلت الآلات الكاملة المتكاملة للقياس الكمومي في الفئات المتوسطة والعالية محتكرة لفترة طويلة من قبل عمالقة دوليين، بل وواجهت حتى قيود تصدير ومنع تقني من الدول الغربية. علاوة على ذلك، فإن نقص شديد في المواهب ذات التخصص المتداخل التي تمتلك أساسًا نظريًا عميقًا وخبرة في التوسع الصناعي، يشكل أيضًا عنق زجاجة مهمًا يعيق تطوير الصناعة.

الواقع القاسي يجبر الشركات الصينية على اختيار طريقها الخاص. قال مسؤولون ذوو صلة بـ Guoyi Quantum إن الشركة، لمواجهة التحديات الخارجية، قامت بتطوير وإتقان تقنيات صلبة في الطبقة الأساسية مثل «توليد والتحكم في مجال مغناطيسي عالي التجانس وثابت»، و«تقنية التحكم في الدوران للميكروويف»، و«تصميم وتصنيع مستشعرات كمومية»، ما يدفع بالأجهزة من أن تكون خاضعة للسيطرة الذاتية على المكونات الأساسية إلى قابلية التحكم الذاتي في نظام الجهاز الكامل. وفي الوقت نفسه، وضعت الشركة خطة تطوير واضحة: في الجزء العلوي، تعميق التعاون في سلسلة الإمداد المحلية، والبحث والتطوير والتصنيع الذاتي للمكونات الأساسية بشكل شامل، وتحسين درجة الاستقلالية والمرونة في سلسلة الإمداد بالكامل؛ وفي الجزء السفلي، بالاستناد إلى «وادي كم-كو-إي (Quantum Co. Instruments Valley)» لدفع إنشاء شبكة تطبيقات عالمية، والتعجيل بتحقيق التصنيع الصناعي لتقنيات الكم في مجالات مثل التصنيع الصناعي وصحة الحياة والطاقة، وغيرها.

قال Zhou Lei، نائب رئيس Guodun Quantum، إن الانتقال من تقنيات المختبر إلى التصنيع الصناعي يعتمد أساسًا على تحقيق سيطرة ذاتية على الأجهزة الأساسية القابلة للتطبيق، وكذلك دفع المنتجات لتحقيق استقرار وموثوقية تنفيذها كحل هندسي ثم تطبيقها على نطاق واسع. خلال تطور الشركة، واجهت سلسلة من التحديات مثل تقييد توافر المكوّنات الأساسية، وصعوبة دمج المنتجات النهائية، وتعقيد هندسة إنشاء الشبكات. وخذ كاشف الفوتون المفرد مثلاً: ففي السنوات الأولى، كانت المنتجات الدولية ذات الأسعار المرتفعة ومعدلات إنتاجية المنتجات الجيدة المنخفضة تقيد بشدة تطور صناعة الاتصالات الكمومية في الصين. ونتيجة للوقوع في وضع «تعذر تفادي عنق الزجاجة» لمكونات أساسية، تعاونت Guodun Quantum مع جهات محلية ذات ميزة، وبعد أكثر من ألف تجربة بحثية لهزيمة الصعوبات، قامت بتطوير كاشف فوتون مفرد محلي الصنع تكون أداؤه أفضل بكثير من المنتجات الدولية من الفئة ذاتها. وقد دعمت هذه السلسلة من المنتجات مشاريع كبرى مثل «خط بكين-شنغهاي» و«شبكة اتصالات سرية كمومية عبر نطاق واسع متكاملة للسماء والأرض»، ما وضع أساسًا متينًا للتطور واسع النطاق للاتصالات الكمومية.

في عام 2025، أطلقت Guodun Quantum أول كاشف فوتون مفرد عالمي بأربع قنوات للغمر العميق بالتبريد (deep deep refrigeration)، ما يجدد السجلات العالمية في مؤشرات حاسمة مثل كفاءة الكشف والضوضاء المظلمة ومستوى التكامل وغيرها، إذ إن حجمه يبلغ فقط 1/9 من حجم المنتجات الدولية من الفئة المماثلة. وفي الوقت الحالي، يمكن لمنتجات كواشف الفوتون المفرد التي تطورها الشركة ذاتيًا تلبية غالبية سيناريوهات تطبيقات كواشف الفوتون المفرد، وتقدم حلولًا عالية القيمة مقابل السعر للتطبيقات العملية مثل توزيع مفاتيح كمومية لمسافات فائقة البعد ورؤية/تصوير فوتون مفرد (single-photon imaging)، وغيرها.

بفضل التخطيط الاستشرافي لوزارة العلوم والتكنولوجيا في مقاطعة قوانغدونغ، قامت الأكاديمية الدولية لبحوث الكم في شينزين بتخطيط مبكر نسبيًا لتطوير أجهزة كمومية أساسية مثل آلة الطباعة الحجرية الإلكترونية، ورؤوس التبريد منخفضة الحرارة (low-temperature cold heads)، وآلات التبريد بالتخفيف (dilution refrigerators). وقبل أن تفرض الدول الأجنبية حظرًا تقنيًا ومنعًا على الصين، كانت هذه التقنيات قد نجحت في التطوير بشكل أساسي، وتخطت بنجاح حصار «عنق الزجاجة» للتقنيات الأجنبية.

«وضع البيض على الطريق» نحو التصنيع الصناعي

في أحد مختبرات تجربة الحوسبة الكمومية، شاهد المراسل لوحة مزدوجة (زوج من أبيات مكتوبة) مكتوب عليها: «تفوقوا على الصعاب، وراقبوا البيانات بدقة؛ واكسروا الأمواج، واصنعوا جوهرًا (core)»، والحاشية الأفقية مكتوبة: «لن ننسحب من تقديم稿ّات». والواقع هو أنه بعد أن حققت الصين اختراقًا في نشر الأبحاث الأساسية وتجاوزت عوائق تقنية، ما يزال يتعين عليها المضي قدمًا نحو التصنيع الصناعي والتسويق التجاري.

قال Zhou Lei إن طريق تطور تكنولوجيا الكم لا يسير في الطريق التقليدي المتمثل في دفع التقنيات إلى السوق بعد نضجها، بل هو طريق لتكامل البحث العلمي مع الصناعة على نحو عميق، وتطوير ابتكاري لـ «وضع البيض على الطريق».

«وضع البيض على الطريق» هو تعبير شائع بين العاملين في مجال تكنولوجيا الكم، ويقصد به أنه أثناء تسلق قمم العلم، يتم تحويل الإنجازات التقنية المرحلية في الوقت المناسب إلى منتجات قابلة للوصول إلى أرض الواقع. ويغطي نمط «وضع البيض على الطريق» المجالات الثلاثة: الاتصالات الكمومية والحوسبة الكمومية والقياس الكمومي، وهو ما أصبح أيضًا المسار الرئيسي الذي ستسلكه تكنولوجيا الكم من المختبر إلى السوق خلال الفترة المقبلة.

قال Yu Dapeng، رئيس معهد شينزين الدولي لبحوث الكم، وهو أيضًا عضو بالأكاديمية الصينية للعلوم، لِلمراسل إن تطوير الأجهزة العلمية يجب أن يحقق الإنتاج على دفعات والتحول الصناعي (لكي يتحقق بالفعل من القيمة). في الماضي، قامت مشاريع تطوير الأجهزة في العديد من الدول بإنتاج نماذج أولية واجتازت مرحلة القبول، ثم تم تعليقها، ما أدى في النهاية إلى ضياع التقنية. وبناءً على ذلك، تولى الفريق التأسيسي في معهد شينزين الدولي لبحوث الكم، وتحديدًا الشباب من كل فريق بحث وتطوير، مهمة تشكيل فريق مؤسس؛ إذ قامت كل مجموعة بتأسيس شركة خاصة بها، مع التركيز على تحقيق التصنيع الصناعي لتقنيات أساسية ومنتجات مختلفة. وقد بدأت المنتجات ذات الصلة بالفعل في البيع بأسلوب تسويقي. خلال عام واحد فقط، أنشأ المعهد ثماني شركات من هذا النوع للتكنولوجيا؛ ومن بينها شركات مثل Kunpeng ZhuoYue وغيرها، أظهرت بالفعل قوة بحث وتطوير قوية وإمكانات كبيرة للتصنيع الصناعي في مجال عتاد الحوسبة الكمومية. وتُعد ممارسة معهد شينزين الدولي لبحوث الكم مثالًا نموذجيًا على «وضع البيض على الطريق».

في الوقت الحالي، على الرغم من أن بعض الشركات تدّعي تحقيق اختراقات في التصنيع الصناعي، فإن الأساس العام لا يزال ضعيفًا نسبيًا. فعلى سبيل المثال، يركز معظم الشركات على أن تكون الجهات المشترية هي الجامعات ومؤسسات البحث العلمي، لاستخدامات بحثية؛ وحجم السوق لهذه السيناريوهات محدود نسبيًا. وفي المستقبل، يلزم توسيع سيناريوهات تطبيق واسعة النطاق مثل الاستخدام المدني والصناعي وغيرها بشكل أكبر، بما يدفع الصناعة إلى تحقيق انتقال كامل حقيقي من المختبر إلى سلسلة الصناعة.

قال عدد من الخبراء والمهنيين الذين تمت مقابلتهم إن التطور التقني الحالي للحوسبة الكمومية لم يبلغ بعد مرحلة الاستخدام التجاري التي يتخيلها السوق. ما تزال الحوسبة الكمومية تُعد «جهازًا بحثيًا»، ولم تنشأ بعد قدرة حسابية جديدة يمكنها النزول إلى أرض الواقع وتقديم خدمات عملية مباشرة للشركات. كما أن العملاء في الأسفل يقتصرون أيضًا على المعاهد البحثية والجامعات وعددًا قليلًا من الشركات الابتكارية، وذلك لاستخدامها في التجربة والبحث. وبصرف النظر عن تحقيق التفوق الكمومي في عدد محدود من المسائل الرياضية المصممة خصيصًا للحواسيب الكمومية، فإن المهمة الأساسية الحالية للحوسبة الكمومية ما تزال تتمثل في اللحاق بالحواسيب الكلاسيكية.

قال «Yu Dapeng» إن الهدف الأساسي لشركات الحوسبة الكمومية خلال المدى القصير هو «الاستمرار في البقاء»، ثم مواصلة تراكم التقنية وتربية السوق، إلى أن تنضج التقنية والسوق معًا. ويرى Yu Dapeng أن صناعة الكم هي سباق طويل، بينما تحتاج الحوسبة الكمومية إلى فترة تربية تمتد من 5 إلى 10 سنوات. وهو يقترح أنه يجب الحفاظ على مستوى مرتفع من الاستثمار في البحث والتطوير، وتحسين نظام تنمية المواهب، وتعزيز تنسيق سلسلة الصناعة، وتوجيه رأس المال الصبور إلى الترتيب، لدفع الصين من دولة قوية في تكنولوجيا الكم إلى دولة قوية في تكنولوجيا الكم، والمساعدة في تحقيق هدف تكنولوجيا الكم خلال فترة «الخمس سنوات الخمسة عشر» المتمثل في: «الريادة العالمية في الاتصالات الكمومية، واختراق عملي في الحوسبة الكمومية، وتطبيق واسع النطاق في القياس الكمومي».