تكنولوجيا الكم تتغلب على عوائق التقنية وتدخل مرحلة التحقق من التطبيق الصناعي

لا يتجاوز خطأ قياس 30B سنة ثانية واحدة، وتُعيد تقنيات الكم مرة أخرى تحديث دقة قياس الوقت لدى الإنسان. في شهر مارس من هذا العام، حققت فرق بحثية تابعة لجامعة العلوم والتكنولوجيا الصينية (USTC) اختراقًا من رتبة 10-19 في تطوير الساعة الضوئية، ما يدفع بالمعايير الزمنية العالمية نحو عصر القياس البصري. تفتح دقة القياس الجديدة هذه الباب أمام سلسلة من التطبيقات الرائدة.

قبل مئة عام، اكتشف الفيزيائيون أن الفيزياء الكلاسيكية لا يمكنها تفسير العالم المجهري، فظهرت ميكانيكا الكم. اليوم، تُحقق تقنية الكم اختراقًا لحدود الفيزياء الكلاسيكية، وتُعيد تعريف قدرات الحوسبة لدى الإنسان، ودقة الإدراك، وأمن المعلومات.

باعتبارها واحدة من “ست الصناعات المستقبلية” الست في خطة “الخطط الخمسية الخامسة عشرة”، تُعد تقنية الكم دعامة مهمة لتمكين الصين من الاستحواذ على زمام المبادرة في خطاب التكنولوجيا والصناعة في المستقبل. وفي الوقت الحالي، حققت الصين اختراقات في مساراتها الثلاثة الكبرى: الحوسبة الكمية، والاتصالات الكمية، والقياس الدقيق الكمي. وقد برزت مؤسسات بحثية ممثلة بجامعة العلوم والتكنولوجيا الصينية ومعهد شنتشن للبحوث الكمية الدولي، إلى جانب شركات رائدة ممثلة بجوهوندون كوانتوم (国盾量子)، وجوينّي كوانتوم (国仪量子)، وبِيينيوان كوانتوم (本源量子). وقد بدأت ملامح نمط يتشكل فيه تكتل البحث والتطوير لقيادة تطور الصناعة.

ومع ذلك، ومن أجل الانتقال من اختراقات أصيلة في المختبر إلى تطبيقات واسعة النطاق على مستوى سلسلة الصناعة، لا يزال يتعين عبور العديد من الهوّات. ومع تجند جهود كل الأطراف، فإن معركة الحسم هذه تتجه نحو كسر الجمود.

الاستحواذ على المسارات الثلاثة الجوهرية

الكم هو “أصغر وحدة” تشكّل طاقة العالم. يستخدم العلماء خصائص الكم لإعادة تشكيل العالم الماكرو وفقًا لقوانين العالم المجهري.

في مجال الحوسبة التقليدي، تُعد البتّات أصغر وحدة معلومات، وتتكون من حالتيْن هما 0 و1، بينما في عالم الكم يمكن للبتّ الكمي أن يكون في نفس الوقت في حالة تراكب بين 0 و1، كما لو كانت قطعة نقد تدور وتجمع بين خاصيتَي الوجه والظهر؛ وبينما تتشكل حالة تشابك بين بتّات كم متعددة، يمكن استخدامها لإجراء عمليات تآزرية عالية الكفاءة؛ ويمكن للعدد الإجمالي لحالات n من البتّات الكمومية أن يصل إلى 2 أس n، بما يتيح رفع أبعاد القدرة الحاسوبية.

في المسارات الثلاثة الأساسية للحوسبة الكمية والاتصالات الكمية والقياس الدقيق الكمي، أظهرت المؤسسات البحثية والشركات الصينية قوة صلبة تكافئ المستوى الأعلى عالميًا.

تُعد الحوسبة الكمية، على نطاق واسع، أصعب المجالات ضمن تقنيات الكم؛ وهدفها هو اختراع حاسوب كمّي، لتنفيذ مهام حوسبة لا تستطيع أجهزة الحواسيب الكلاسيكية إنجازها، وهو أيضًا الاتجاه الذي تركز عليه حاليًا فرق العلماء في مختلف الدول، إلى جانب عمالقة التقنية مثل مايكروسوفت وغوغل.

انطلاقًا من مختبر معلومات الكم التابع لأكاديمية العلوم الصينية، نجحت شركة بِيينيوان كوانتوم (本源量子) في تطوير حاسوب كمّي فائق التوصيل “بِيينيوان وُكونغ” (本源悟空) مدعّم بشريحة كمومية فائقة التوصيل ذاتية الاختراع تضم 72 بتًّا كموميًا فائق التوصيل. ووفقًا للمعلومات المتاحة، يعمل “بِيينيوان وُكونغ” من خلال تحسينًا متكاملًا للبرمجيات والعتاد بالتعاون بين نظام التشغيل لجهاز الحوسبة الكمية “بِيينيوان سِنان” (本源司南) ونظام القياس والتحكم في قياس الكم “بِيينيوان تيانجي” (本源天机)، وقد استمر تشغيله بثبات لأكثر من عامين، وأكمل حتى الآن بشكل تراكمي أكثر من 800 ألف مهمة حوسبة كمومية على مستوى 163 دولة ومنطقة حول العالم.

في مجال الاتصالات، تتميز مشاركة توزيع مفاتيح الكم (QKD) بكونها تُدرك فورًا وجود تشفير/استراق سمع، ما يجعل الاتصالات تدخل عصرًا من الأمان المطلق. وباعتبار شركة جوودون كوانتوم (国盾量子) المعروفة بتقنيات الاتصالات السرية الكمية، فقد اعتمدت على مخطط براءات رائد عالميًا في مجال الاتصالات الكمية وغيرها، وقامت بتطوير مستقل للمعدات الأساسية لبرنامج الاتصالات السرية الكمية عبر خمس أجيال. ويساعد ذلك على بناء أول خط عالمي من اتصالات السرية الكمية على مستوى آلاف الكيلومترات “خط بكين-شنغهاي”، وشبكة عصب الاتصالات السرية الكمية واسعة النطاق على مستوى الدولة، و”شبكة الاتصالات السرية الكمية واسعة النطاق المدمجة بين السماء والأرض” وغيرها من المشاريع الكبرى، ما يوفر دعمًا تقنيًا حاسمًا لانتقال الاتصالات الكمية من المختبر إلى التطبيقات التجريبية، وللتركيب واسع النطاق.

وتكرس شركة غوينّي كوانتوم (国仪量子) تركيزها بشكل رئيسي في مجال القياس الدقيق الكمي، حيث تطور بشكل مستقل أجهزة علمية متطورة. وأوضح مسؤولون معنيون في الشركة لمراسل “سيكيورتيز تايمز” (证券时报) أنه، على سبيل المثال، تُعد مجس الكمومي من الألماس (金刚石量子探针) جزءًا أساسيًا؛ إذ يبلغ قطر رأس المجس عند الطرف 500 نانومتر فقط، أي تقريبًا 1/100 من سمك خصلة شعر. وبفضل تكامل هذا الطرف المجهر للغاية، يحتوي على حسّاس على مستوى الذرّة بأبعاد لا تتجاوز نحو 0.5 نانومتر. تمامًا كما يمكن لمقياس الحرارة أن يستشعر حرارة جسم الإنسان، وإذا ما كان الهدف هو “سماع” الخلية الواحدة أو جزيء واحد، فستحتاج إلى أدوات قياس أكثر دقة وأصغر وأكثر حساسية؛ وهنا يأتي دور الأجهزة الكمية. أطلقت غوينّي كوانتوم عام 2018 أول جهاز تجاري محلي من نوع نطاق X إلكتروني للرنين المغناطيسي التسبدي (EPR) موجة إلكترونية (X波段电子顺磁共振波谱仪)، لتكسر مرة واحدة احتكارًا تقنيًا لدى العلامات الأجنبية، ولتحقق اختراقًا مهمًا في مجال تحويل تقنية القياس الدقيق الكمي إلى تصنيع صناعي.

في الوقت الحالي، يختلف نمط تطور الصين في المجالات الثلاثة الفرعية لتقنيات الكم: ففي مجال الاتصالات السرية الكمية، تحتل الصين موقعًا رائدًا عالميًا؛ وفي مجال أبحاث أجهزة الحوسبة الكمومية، تتقدم الصين بالتوازي مع الولايات المتحدة، وتظل ضمن الصف الأول عالميًا؛ وفي مجال القياس الدقيق الكمي، تحرز الصين تقدمًا جزئيًا في المسارات الفرعية، لكنها لا تزال متأخرة عن الدول المتقدمة في مجالات مثل الأجهزة العلمية المتطورة.

اختراق عنق الزجاجة التقنية

بدأت صناعة الأجهزة العلمية المتطورة في الصين متأخرًا نسبيًا، كما توجد أوجه قصور واضحة في استبدال الأجزاء عالية الدقة والخاصة في الجزء العلوي من سلسلة الصناعة بالتصنيع المحلي. وقد ظلت أنظمة القياس الكمي المتوسطة والعالية متروكة لفترة طويلة لهيمنة العمالقة الدوليين، بل وتواجه حتى قيودًا على التصدير وتوقفًا تقنيًا مفروضًا من الدول الغربية. علاوة على ذلك، فإن ندرة المواهب عالية المستوى في تخصصات متعددة تمتلك أساسًا نظريًا عميقًا وخبرة في التصنيع الصناعي تُعد أيضًا عنق زجاجة مهمًا يحد من تطور الصناعة.

الواقع القاسي يجبر الشركات الصينية على أن تسلك طريقها الخاص. صرح مسؤولون ذوو صلة في غوينّي كوانتوم بأن الشركة واجهت التحديات الخارجية عبر التطوير الذاتي واستيعاب مجموعة من التقنيات الأساسية الصلبة مثل: “توليد مجال مغناطيسي عالي التجانس والاستقرار والتحكم به”، و”تقنية التحكم باللف المغزلي (spin) في الميكروويف”، و”تصميم وتصنيع مستشعرات الكم” وغيرها؛ ما يدفع الأجهزة من المكونات الأساسية إلى أنظمة كاملة قابلة للتحكم ذاتيًا. وفي الوقت ذاته، وضعت الشركة خطة تطوير واضحة: في الجزء العلوي، تعميق تعاون سلسلة التوريد المحلية، ودفع البحث والتصنيع الذاتي للمكونات الرئيسية، وتحسين استقلالية سلسلة التوريد ومتانتها بشكل شامل؛ وفي الجزء السفلي، بالاعتماد على “وادي معدات الكم” (量子科仪谷) لتمكين بناء شبكة تطبيقات عالمية، والتسريع بتطبيق تقنيات الكم في مجالات مثل التصنيع الصناعي والصحة الحيوية والطاقة وغيرها.

صرح تشو لي (周雷)، نائب مدير شركة جوودون كوانتوم، بأن انتقال تقنيات المختبر إلى التصنيع الصناعي يكمن في تحقيق التحكم الذاتي في المكونات الأساسية، وكذلك دفع المنتجات لتحقيق هندسة عملية وثبات وموثوقية عالية لتطبيقات واسعة النطاق. وخلال مسار تطوير الشركة، واجهت سلسلة من التحديات مثل تقييد إمداد المكونات الأساسية، وصعوبة تكامل المنتجات النهائية، وتعقيد مشاريع ربط الشبكات. وبالاستناد إلى مثال كاشف الفوتون الواحد (单光子探测器)، ففي السنوات المبكرة كانت المنتجات الدولية باهظة الثمن وضعف معدل إنتاج القطع الجيدة، وهو ما قيد بشكل كبير تطور صناعة الاتصالات الكمية في الصين. وبالنظر إلى الوضع السلبي الذي يفرضه “تعطل سلسلة الإمداد” لدى المكونات الأساسية، تعاونت جوودون كوانتوم مع جهات محلية متميزة؛ وبعد أكثر من ألف تجربة بحثية وهندسية، طورت كاشف فوتون واحد محليًا يفوق أداء المنتجات الدولية المماثلة بشكل واضح. وقد دعمت هذه السلسلة من المنتجات مشاريع كبرى مثل “خط بكين-شنغهاي”، و”شبكة الاتصالات السرية الكمية واسعة النطاق المدمجة بين السماء والأرض”، ما يوفر أساسًا قويًا لتطوير الاتصالات الكمية على نطاق واسع.

في عام 2025، أطلقت جوودون كوانتوم أول كاشف فوتون واحد عميق التبريد عالميًا من أربع قنوات. وجرى تحديث سجل عالمي (600628) في المؤشرات الرئيسية مثل كفاءة الكشف والضوضاء المظلمة ومستوى التكامل وغيرها، وكانت الحَجميّة لا تتجاوز 1/9 من المنتجات الدولية المماثلة. في الوقت الحالي، يمكن لمنتجات كواشف الفوتون الواحد التي طورتها الشركة ذاتيًا تلبية الغالبية العظمى من سيناريوهات تطبيقات كاشف الفوتون الواحد، وتوفر حلولًا عالية كفاءة من حيث التكلفة للتطبيقات العملية مثل توزيع مفاتيح الكم لمسافات فائقة البعد والتصوير بالاعتماد على فوتونات مفردة.

وبفضل التخطيط الاستباقي لوزارة العلوم والتكنولوجيا في مقاطعة قوانغدونغ، شرع معهد شنتشن للبحوث الكمية الدولي في وقت مبكر في تطوير الأجهزة الأساسية لتقنيات الكم مثل آلات الليثوغرافيا الإلكترونية ورؤوس التبريد منخفضة الحرارة ووحدات التبريد بالتخفيف (dilution refrigeration). وقبل فرض حظر تقني وعزل على الصين في الخارج، كانت هذه التقنيات قد نجحت في التطوير بشكل أساسي، وتم تحقيق اختراق للحصار التقني المفروض من الخارج “على عنق الزجاجة”.

“وضع البيض على طول الطريق” نحو التصنيع الصناعي

في أحد مختبرات الحوسبة الكمية، رأى المراسل زوجًا من الأبيات المقفلة (لوحتين عموديتين)، مكتوبًا عليها: “اجتاز العوائق لنجمع بيانات القياس، واركب الريح العاتية لتستخرج جوهر الإنجاز”، وكانت القطعة الأفقية تحمل عبارة “لن ننسحب أبدًا”. والحقيقة أن الحوسبة الكمية في الصين، بعد تحقيق نشر الأبحاث الرئيسية واختراق عنق الزجاجة التقني، لا تزال بحاجة إلى التقدم نحو التصنيع الصناعي والتسويق التجاري.

صرح تشو لي بأن طريق تطور تقنية الكم لا يسير وفق المسار التقليدي المتمثل في طرح التقنيات في السوق بعد اكتمال نضجها، بل يتمثل في دمج البحث العلمي بعمق مع الصناعة، ونهج تطوير ابتكاري قائم على “وضع البيض على طول الطريق”.

“وضع البيض على طول الطريق” هو تعبير يستخدمه العاملون في صناعة تقنية الكم، ويعني أنه أثناء تسلق القمم العلمية، يتم تحويل نتائج تقنية مرحلية في الوقت المناسب إلى وضعها على أرض الواقع كمنتجات. ويتسع هذا النموذج ليشمل المجالات الثلاثة الرئيسية لتقنية الكم: الاتصالات الكمية والحوسبة الكمية والقياس الكمومي، وهو أيضًا يصبح المسار الأساسي الذي تقوده تقنية الكم في الفترة القادمة من المختبر إلى السوق.

صرح يودا بنغ (俞大鹏)، رئيس معهد شنتشن للبحوث الكمية الدولي، وأكاديمي من الأكاديمية الصينية للعلوم، للمراسل بأن تطوير الأجهزة العلمية يجب أن يحقق الإنتاج الكمي والتصنيع الصناعي (كي يتحقق فعلاً من القيمة). في الماضي، كانت كثير من الدول تضع مشاريع لتطوير الأجهزة، وبعد إنتاج نماذج أولية واجتياز اختبارات القبول، كانت تُركن جانبًا، ما يؤدي إلى فقدان التقنية في النهاية. وبناءً على ذلك، اعتمد معهد شنتشن للبحوث الكمية الدولي فريقه التأسيسي على المواهب الشابة من مختلف فرق البحث والتطوير، حيث قام كل فريق بإنشاء شركة خاصة به، والتركيز على تحويل تقنيات أساسية ومنتجات محددة إلى تصنيع صناعي. وقد بدأت المنتجات ذات الصلة في البيع على نطاق السوق. وخلال العام الماضي وحده، قام المعهد بتربية/إخراج ثماني شركات تكنولوجية من هذا النوع. ومن بينها، أظهرت شركات مثل كونتِنغ تيشويو (鲲腾卓越) بالفعل قوة تطوير بحثي قوية وإمكانات تصنيع صناعي في مجال أجهزة الحوسبة الكمية. إن تجربة معهد شنتشن للبحوث الكمية الدولي هي تطبيق نموذجي لفكرة “وضع البيض على طول الطريق”.

في الوقت الحالي، ورغم أن بعض الشركات تزعم تحقيق اختراق في التصنيع الصناعي، فإن الأساس العام لا يزال ضعيفًا نسبيًا؛ فعلى سبيل المثال، غالبًا ما تكون الجهة المشترية لدى معظم الشركات هي الجامعات والمؤسسات البحثية لاستخدامات بحثية، وهذه السيناريوهات تكون أحجام سوقها أقل نسبيًا. وفي المستقبل، لا يزال يتعين توسيع سيناريوهات التطبيقات واسعة النطاق مثل الاستخدام المدني والصناعي، بما يدفع الصناعة إلى تحقيق انتقال كامل حقيقي من المختبر إلى سلسلة الصناعة.

ذكر عدد من الخبراء الذين تمت مقابلتهم في القطاع أن التطور التقني الحالي للحوسبة الكمية لم يصل بعد إلى المرحلة التجارية التي يتخيلها السوق. ما زالت الحوسبة الكمية تُعد جهازًا بحثيًا، ولم تولِّد بعد قدرات حوسبة جديدة يمكن إنزالها على أرض الواقع؛ لذلك لا يمكنها تقديم خدمات عملية مباشرة للشركات، كما أن العملاء في أسفل السلسلة لا يزالون محصورين في المؤسسات البحثية والجامعات وعدد قليل من الشركات الابتكارية. وتقتصر الاستخدامات أساسًا على التجربة البحثية والدراسة. وباستثناء تحقيق التفوق الكمي في مسألة رياضية مخصصة لأجهزة الحوسبة الكمية في حالات قليلة، فإن المهمة الأساسية الحالية للحوسبة الكمية ما تزال تتمثل في مطاردة الحواسيب الكلاسيكية.

يرى يودا بنغ (俞大鹏) أن “الهدف الأساسي لشركات الحوسبة الكمية على المدى القصير هو أن تظل على قيد الحياة، والاستمرار في تجميع التكنولوجيا، وزراعة السوق، والانتظار حتى ينضج كل من التكنولوجيا والسوق معًا”. ويعتقد أن صناعة الكم مسار طويل الأمد، بينما تحتاج الحوسبة الكمية إلى فترة حضانة تتراوح بين 5 إلى 10 سنوات. ويقترح الحفاظ على مستوى مرتفع من الاستثمار في البحث والتطوير، وتحسين منظومة تنمية المواهب، وتعزيز التعاون على مستوى سلسلة الصناعة، وتوجيه رأس المال الصبور إلى التخطيط، بما يدفع الصين من كونها دولة قوية في تقنية الكم إلى دولة قوية في تقنية الكم، والمساعدة في تحقيق أهداف “الاتصالات الكمية رائدة عالميًا، والحوسبة الكمية اختراقات عملية، والقياس الكمومي تطبيق واسع النطاق” في فترة “الخطط الخمسية الخامسة عشرة”.

（المحرر: تشانغ يان ）

     【إخلاء المسؤولية】لا تعكس هذه المقالة إلا آراء المؤلف نفسه، ولا علاقة لها بشبكة هِكسان (和讯网). تحتفظ منصة هِكسون (和讯) بالحياد تجاه ما ورد في النص من التصريحات وآراء التقييم والحكم، ولا تقدم أي ضمان صريح أو ضمني فيما يتعلق بدقة أو موثوقية أو اكتمال المحتوى الوارد. يرجى من القراء اعتبار ذلك مرجعًا فقط وتحمل جميع المسؤوليات بأنفسهم. البريد الإلكتروني: news_center@staff.hexun.com

الإبلاغ