لقد كنت أتابع الحوسبة الكمومية عن كثب منذ فترة، ويجب أن أقول — 2024 كانت حقًا مختلفة عن دورة الضجيج المعتادة. كل عام هناك إعلان يبدو كأنه يغير العالم، ثم لا شيء. لكن العام الماضي شعرت أنه مختلف. خلال بضعة أشهر، حققت ثلاثة فرق منفصلة تمامًا باستخدام طرق مختلفة تمامًا جميعها إنجازات رئيسية في نفس الوقت. عندما يحدث ذلك عبر بنى تحتية مختلفة للأجهزة، فهذا يعني شيئًا فعلاً. المجال يتقدم، وليس فقط يدور في حلقة مفرغة. دعني أشرح ما حدث فعلاً ولماذا يهم.

لنبدأ بإعلان جوجل عن Willow في ديسمبر 2024. هذا حصل على كل الاهتمام، وبصراحة، للأسباب الجيدة. بنوا معالجًا بـ 105 كيوبت في منشأتهم في سانتا باربرا وقدموا شيئًا كان الباحثون يطاردونه منذ ما يقرب من 30 عامًا. الشيء الأساسي: إضافة المزيد من الكيوبتات جعل معدل الخطأ ينخفض بدلًا من الارتفاع. أعلم أن هذا يبدو بسيطًا، لكنه ليس كذلك. المشكلة الأساسية في الحوسبة الكمومية لعقود كانت أن الأنظمة الأكبر تكون أكثر ضوضاءً. تبني المزيد من الكيوبتات، تحصل على المزيد من الأخطاء التي تتسرب عبر كل شيء. كسر Willow هذا النمط باستخدام بنية تصحيح الأخطاء الخاصة بهم. حققوا ما يُسمى التشغيل تحت العتبة — النقطة التي يساعد فيها التوسع بدلاً من أن يضر.

نشروا التفاصيل التقنية في مجلة Nature، وهو أمر مهم لأن الادعاءات السابقة في الحوسبة الكمومية تلقت ردود فعل مشروعة. وجود المنهجية علنًا للفحص هو فرق حقيقي. المعيار الذي قاموا بتشغيله بجانب ذلك أصبح مشهورًا على الفور — حل Willow لمشكلة محددة في أقل من خمس دقائق كانت ستستغرق أفضل حاسوب فائق كلاسيكي اليوم 10 كوينتليون سنة. هذا هو 10 إلى القوة 25. تقريبًا مليون مرة عمر الكون الحالي. هارتموت نيفن، الذي أسس Google Quantum AI في 2012، قال بشكل أساسي إنهم تجاوزوا نقطة التعادل.

إليك الجزء الصادق: اختبار Willow لا يزال محدودًا. أثبت أن بعض العمليات الحسابية مستحيلة كلاسيكيًا لهذا الشريحة، لكنه لا يعني أن Willow يمكنها الآن تشغيل اكتشاف الأدوية أو نمذجة المناخ. القيمة الحقيقية هي بنيوية — تظهر أن الحوسبة الكمومية ذات التصحيح الأخطاء على نطاق واسع لم تعد مجرد نظرية. إنها مسار هندسي يمكنك بناؤه.

لكن Willow لم تكن وحدها في 2024. قبل ذلك الإعلان بثمانية أشهر، نشرت مايكروسوفت وQuantinuum شيئًا حصل على اهتمام أقل من الإعلام العام لكنه جذب انتباه الباحثين في المجال. أظهروا كيوبتات منطقية بمعدلات خطأ أقل بـ 800 مرة من الكيوبتات الفيزيائية التي بُنيت منها. هذا هو الفرق الرئيسي الذي لا يتحدث عنه أحد خارج المجتمع البحثي. الكيوبتات الفيزيائية هي الأجهزة الفعلية — ضوضائية، حساسة للحرارة، للاهتزاز، وكل شيء. الكيوبتات المنطقية تُبنى بدمج عدة كيوبتات في بنية تخزن المعلومات بشكل زائدي بحيث يمكنك اكتشاف وتصحيح الأخطاء دون تدمير الحساب. المشكلة دائمًا كانت أن الكيوبتات المنطقية تحتاج إلى الكثير من الكيوبتات الفيزيائية لبنائها، مما يجعل الحمل الزائد غير عملي. تقليل معدل الخطأ بمقدار 800 مرة يجعل الكيوبتات المنطقية تبدو واقعية بدلًا من نظرية.

تقدمت مايكروسوفت أكثر في نوفمبر 2024. بالتعاون مع Atom Computing، أنشأوا وارتبطوا 24 كيوبت منطقي باستخدام ذرات يوتربيوم محايدة مبردة للغاية — وهو رقم قياسي آخر. حققوا دقة بوابات تصل إلى 99.963% للعمليات ذات الكيوبت الواحد و99.56% للبوابات ذات الكيوبتين. النهج القائم على الذرات المحايدة يستخدم ذرات مبردة بالليزر تُحجز بواسطة أدوات ليزر بصرية. جهاز مختلف تمامًا عن نهج جوجل في التوصيع. هذا مهم لأنه يعني أن مسارات متعددة قابلة للتطبيق نحو الحوسبة الكمومية ذات التحمل للأخطاء تتقدم في آن واحد. المجال لا يراهن على نهج واحد فقط.

ثم دفعت Quantinuum الأمور أكثر. أنشأوا في ديسمبر 2024، 50 كيوبت منطقيًا — وهو رقم قياسي آخر. عصر الكيوبتات المنطقية لم يعد مستقبلًا، بل يحدث الآن.

مساهمة IBM في 2024 كانت أكثر هدوءًا لكنها ذات أهمية مساوية إذا كنت تهتم بمصدر الحوسبة الكمومية العملية. في نوفمبر، كشفوا عن معالج Heron R2 — بـ 156 كيوبت، وهو الجيل الثاني من بنية Heron. عدد الكيوبتات أقل أهمية من ما حدث للأداء. انخفضت معدلات خطأ بوابة 2Q إلى 8 ضرب 10 أس سالب 4. يمكن للنظام الآن تنفيذ دوائر كمومية تصل إلى 5000 عملية بوابة ذات كيوبتتين. الأحمال التي كانت تستغرق أكثر من 120 ساعة على أفضل أجهزتهم، الآن تُشغل في حوالي 2.4 ساعة. هذا تقريبًا تسريع بمقدار 50 مرة.

في وقت سابق من 2024، أكملت IBM أيضًا تحدي 100 في 100 الذي فرضته على نفسها — تشغيل دائرة بـ 100 كيوبت بعمق 100 خلال ساعات. هذا حساب على مستوى الاستخدام. شيء لا يمكن حله بالقوة الحسابية التقليدية. يمثل نوع التقدم التدريجي المدروس الذي بنى سمعة IBM عليه.

النتيجة الأكثر أهمية تقنيًا من IBM جاءت في ورقة في Nature حول رمز تصحيح أخطاء جديد يُسمى رمز الدراجات الثنائية qLDPC. يحتاج تصحيح الأخطاء الكمومي التقليدي باستخدام رموز السطح إلى حوالي 3000 كيوبت فيزيائي لرمز كيوبت منطقي موثوق. يحقق رمز IBM الجديد كبت خطأ مماثل باستخدام 144 كيوبت بيانات بالإضافة إلى 144 كيوبت مساعد — وهو تقليل بمقدار 10 مرات في الحمل الزائد. هذا النوع من الكفاءة هو ما يجعل الحوسبة الكمومية ذات التحمل للأخطاء تبدو أقل كحلم بعيد وأكثر كمشكلة هندسية لها حل محدد.

وهنا الجزء الذي لا يُذكر غالبًا لكنه مهم بنفس القدر. في أغسطس 2024، نشرت NIST رسميًا أول معايير التشفير بعد الكم — خوارزميات مصممة لمقاومة هجمات الحواسيب الكمومية المستقبلية. اثنان من الثلاثة خوارزميات تم تطويرها بواسطة خبراء تشفير من IBM Research في زيورخ. لماذا يهم هذا بالنسبة للاختراقات في الحوسبة الكمومية؟ لأنه أول اعتراف ملموس من هيئة معايير عالمية بأن الحواسيب الكمومية القادرة على كسر التشفير الحالي لم تعد مجرد نظرية. الحكومات والمؤسسات بحاجة لبدء الانتقال الآن، قبل أن تصل الحواسيب الكمومية ذات الصلة بالتشفير. الجدول الزمني للتحول من نشر المعايير إلى الانتشار الواسع عادة ما يكون عقدًا أو أكثر. قرار NIST في 2024 بدأ ذلك الساعة.

بالنسبة للبنية التحتية للبلوكشين والأصول الرقمية، هذا مرتبط مباشرة. ستحتاج أنظمة التشفير الحالية التي تحمي المحافظ والمعاملات إلى بدائل مقاومة للكم. هذا ليس احتمالًا، بل متى.

حسنًا، إذن، ما الذي أثبتته 2024 فعلاً وما الذي لم يثبته. سيكون من السهل أن تظن أن الحوسبة الكمومية قد وصلت. هذا ليس صحيحًا تمامًا، والباحثون المعنيون كانوا واضحين بشأن ذلك. Willow لا تدير تطبيقات اكتشاف الأدوية بعد. لقد أظهرت تصحيح أخطاء تحت العتبة ومعيار قياسي. الفجوة بين ذلك والحسابات التجارية المفيدة لا تزال كبيرة. يمكن لـ Quantinuum أن تكتشف الأخطاء باستخدام 50 كيوبت منطقي، لكن التصحيح الكامل للأخطاء — اكتشاف الأخطاء وتصحيحها دون تدمير الحالة الكمومية — لا يزال مشكلة أصعب قيد العمل. سجل Atom Computing باستخدام الذرات المحايدة يتطلب بنية ليزر متطورة جدًا غير موجودة على نطاق واسع بعد. معالج IBM Heron R2 هو الأكثر تطبيقية بين أنظمة 2024. إنه في سحابة IBM الكمومية، ويقوم العملاء بتنفيذ الأحمال عليه، ويُظهر معيار 100 في 100 نتائج ذات فائدة عملية. لكن معالج IBM Starling، أول نظام مصحح للأخطاء بالكامل، من المتوقع أن يُطلق في 2029.

ما أثبتته 2024 فعلاً هو أكثر أهمية مما لم يُثبت. توقف المجال عن التقدم في اتجاه واحد وبدأ يتقدم في جميع الاتجاهات في آن واحد — الأجهزة، تصحيح الأخطاء، الكيوبتات المنطقية، كفاءة البرمجيات، المعايير التشفيرية. كمجتمع بحثي، بدأ يتصرف أقل كفيزياء نظرية وأكثر كمجال هندسي مع معالم يمكن التحقق منها وإعادة إنتاجها بشكل مستقل. لم تكن إنجازات 2024 في الحوسبة الكمومية مجرد فوز لشركة واحدة، بل كانت نضوجًا لنظام بيئي كامل يتقدم في آن واحد.

بالنظر إلى المسار من 2024 فصاعدًا، السؤال ليس هل الحوسبة الكمومية ذات التصحيح الأخطاء على نطاق واسع ممكنة بعد الآن. إن إنجازات 2024 أثبتت أنها ممكنة عبر عدة طرق للأجهزة. السؤال الآن هو أي نهج يتوسع بسرعة أكبر وكيفية ظهور التطبيقات التي تبرر الاستثمار بسرعة. الهدف التالي لجوجل هو تحقيق التشغيل الكامل المقاوم للأخطاء. خطة مايكروسوفت تستهدف 50 إلى 100 كيوبت منطقي متشابك في عمليات تجارية خلال السنوات القليلة القادمة — بما يكفي لتحقيق اختراقات عملية في علوم المواد أو الكيمياء، وفقًا لتقديراتهم الخاصة. معالج IBM Starling مصمم لربط من الفائدة الكمومية إلى التفوق الكمومي لمشاكل ذات قيمة تجارية.

الاتجاه من 2024 ثابت. لم نعد نسأل إذا كان هذا يعمل. نحن نسأل أي مسار يفوز وكم من الوقت سيستغرق. هذا نقاش مختلف تمامًا عما كنا عليه قبل خمس سنوات.