داخل النظام البيئي لأجهزة الحوسبة الكمومية المتطورة في فنلندا

في عام 1965، أنشأ رائد علم التبريد الشديد أولي في. لوناسما مختبر درجات الحرارة المنخفضة (LTL) في ما يعرف الآن بجامعة آلتو للبحث في فيزياء درجات الحرارة المنخفضة للغاية. على الرغم من بعض الشكوك الأولية حول “لماذا قد يرغب أي شخص في إجراء الأبحاث في فنلندا”، فقد ازدهر مشروع LTL، واجتذب باحثين من جميع أنحاء العالم – ووضع الأساس للنظام البيئي الرائد في مجال الحوسبة الكمومية في فنلندا.

لقد كانت الحوسبة الكمومية منذ فترة طويلة مادة للأحلام. إن مقولة آرثر سي. كلارك في السبعينيات بأن “أي تكنولوجيا متقدمة بما فيه الكفاية لا يمكن تمييزها عن السحر” لم تكن أكثر صدقًا من أي وقت مضى عندما حاول المرء أن يلتف حول ظواهر مثل التشابك الكمي. ومع ذلك، بدأت القطع الفردية من اللغز في التوافق معًا بوتيرة متزايدة باستمرار.

اجتياز عصر NISQ

قبل أن نتعمق أكثر في حفرة الأرانب الكمومية، مجرد إعلان خدمة عامة صغير لأولئك الذين قد يتساءلون ما الذي تفعله أجهزة الكمبيوتر الكمومية بالضبط، والتي تستخدم البتات الكمومية، أو الكيوبتات، كوحدة أساسية للبيانات. الحقيقة هي أنه ليس الكثير – حتى الآن. ومع ذلك، فإن إمكاناتهم ليست أقل من السحر.

إذا تحقق الواقع الذي يأمله المبشرون، فستكون أجهزة الكمبيوتر الكمومية قادرة على حل القضايا المعقدة، بما في ذلك تغير المناخ، وهندسة المواد الجديدة، وأنواع جديدة من الطب، وأشكال التشفير فائقة الأمان، والمزيد. يمكنهم أيضًا “كسر الإنترنت” حرفيًا فيما يتعلق بما هو موجود المعروف باسم Q-Day.

“الهدف النهائي هو تشغيل بعض الذكاء الاصطناعي وتسريع ذلك بمساعدة جهاز كمبيوتر كمي، وسيكون هذا النوع من النظام قادرًا على حل بعض الأسئلة على مستوى فوق طاقة البشر على سبيل المثال،” كما يقول يوها فارتيانين، رئيس الشؤون العالمية والأبحاث. المؤسس المشارك لشركة IQM الفنلندية – الشركة الرائدة في أوروبا في مجال الأجهزة الكمومية في الدوائر فائقة التوصيل، يقول TNW.

“ربما بعض الأسئلة الفلسفية حول نسيج العالم، مع إمكانية الوصول المباشر إلى عالم الكم”، كما يتأمل. إذن، في الأساس، الأسئلة النهائية للحياة والكون وكل شيء.

لكن هذا يشبه اليوتوبيا الكمومية. لا تزال التقنيات الكمومية، وخاصة أجهزة الكمبيوتر الكمومية، في مهدها. تحتاج الشركات الناشئة التي تتطلع إلى إنشاء مكانة متخصصة في هذا المجال إلى إيجاد وسائل للبقاء ماليًا فيما يسمى بعصر NISQ. يرمز هذا إلى الكم الضجيج المتوسط ​​الحجم، ويشير إلى الحالة الحالية لمعدلات الخطأ المرتفعة والعدد المحدود من البتات الكمومية.

فهو يعتبر وقت الاستكشاف والتعلم، وأكثر من تطبيق تجاري فعلي. وهذا بدوره يعني أنه من الصعب على المستثمرين الاستفادة من وعود التكنولوجيا خلال فترة زمنية معتادة.

يقول هيمادري ماجومدار، المؤسس والرئيس التنفيذي لشركة SemiQon، وهي شركة تقوم ببناء معالجات كمومية قائمة على السيليكون: “نحن الشركات الناشئة”. “نحن نتعامل مع الأمر ببطء، ولكن بوتيرة ثابتة.”

يوضح ماجومدار أن شركة SemiQon، وهي منظمة منبثقة عن منظمة الأبحاث غير الربحية المملوكة للدولة في فنلندا VTT، تمكنت من الاستفادة من التمويل الخاص والعام. “ما نحاول القيام به هو أن نوضح في دورات كيف يمكننا الوصول إلى جانب قابلية التوسع مع كل تكرار للتصنيع نقوم به.”

عالم الكم الجيوسياسي

ونظرًا لصعوبة جذب رأس المال، فإن التفوق في الحوسبة الكمومية ينتمي في الغالب إلى البلدان التي لديها حكومات مستعدة للإنفاق على ما تعتقد أنه سيمنحها تقدمًا اقتصاديًا – أو جيوسياسيًا – في المستقبل. وفي عام 2022، ضخت الصين 15.3 مليار دولار في التكنولوجيا، تليها 1.8 مليار دولار فقط من حكومة الولايات المتحدة، و1.2 مليار دولار من الاتحاد الأوروبي.

سوق الحوسبة الكمومية، بقيمة 9.3 مليار دولار في عام 2022، هو ومن المتوقع أن ينمو إلى 203.1 مليار دولار بحلول عام 2032. وتشمل الشركات التي لديها مشاريع كمومية كبيرة عمالقة التكنولوجيا مثل IBM، وGoogle Quantum AI، وAmazon، وMicrosoft. ومع ذلك، قامت دولة صغيرة في بلدان الشمال الأوروبي ببناء نظام بيئي رائد عالميًا للتكنولوجيا الكمومية – بما في ذلك الشركة التي بدونها لن يكون هناك أجهزة كمبيوتر كمومية على الإطلاق.

يقول جوناس جيوست، الرئيس التنفيذي لشركة Bluefors، الشركة الرائدة في السوق العالمية لثلاجات الكمبيوتر الكمومية: “من وجهة نظرنا، القصة قد بدأت للتو”. هذه هي “الثريات” الذهبية التي تحافظ على برودة الكيوبتات. وهي من متطلبات عمل الكيوبتات فائقة التوصيل اليوم، وهي مرادفة تمامًا لأجهزة الكمبيوتر الكمومية في أذهان الجمهور الأوسع.

ومع ذلك، مع بدء توسع أنظمة الحوسبة الكمومية، قد يتغير ذلك. أكبر “ثلاجة” لشركة Bluefors حتى الآن هي KIDE، والتي تم تصميمها لدعم نظام 1000 كيوبت (مثل نظام IBM شريحة كوندور الكم). يختلف KIDE من الناحية الهيكلية، بمعنى أنه يقف على الأرض، بدلاً من أن يتدلى من السقف.

وهو أيضًا شكل سداسي، حيث يمكنك إزالة أحد الأبواب، ثم وضع KIDE آخر بجانبه، مما يربط بين العديد من أجهزة الكمبيوتر الكمومية. ويضيف جيست: “نحن نبحث في كيفية بناء قابلية التوسع فيما يتعلق بالاحتياجات الصناعية المتنوعة”. “نحن نعمل على ما سيحتاجه عملاؤنا في غضون خمس سنوات من الآن وعمليات التنفيذ الفعلية التي لا تزال أمامنا.”

تأسست Bluefors في عام 2008 على يد Rob Blauwgeers وPieter Vorselman. وهي توظف الآن 600 شخص، وتتجاوز إيراداتها 160 مليون يورو، وتعتبر الولايات المتحدة “موطنها الثاني”. وتستكشف الشركة أيضًا تطبيقات أخرى لتقنيتها المبردة، مثل تبريد أجهزة الاستشعار الحساسة للفيزياء الفلكية، وتخزين الهيدروجين، وعلوم المواد الأساسية.

فائدة الكمبيوتر الكمومي على المدى القريب مقابل عصر المليون كيوبت

تعمل الشركات الناشئة الأخرى في مجال الأجهزة الكمومية أيضًا على تحديد التطبيقات المدرة للدخل. على سبيل المثال، بدأت شركة IQM بتزويد معاهد الأبحاث بأنظمة كيوبت أصغر حجمًا، حيث يمكن لمهندسي الكم في المستقبل أن يتعلموا قراءة الكيوبتات والتعامل معها. انطلقت الشركة في عام 2018، وفي عام 2022 جمعت 128 مليون يورو في السلسلة A2 – وهي أكبر جولة تمويل على الإطلاق تجمعها شركة أوروبية للحوسبة الكمومية.

المنتج الأول للشركة هو IQM Spark ذو 5 كيوبت “بسعر معقول”. يقول فارتيانين: “لقد كان التعليم الكمي متاحًا تاريخيًا لعدد قليل جدًا من الفيزيائيين”. “وكان هذا أمرًا جيدًا، لأنه لم تكن هناك حاجة إلى الكثير من علماء فيزياء الكم. لكن الأمور تغيرت الآن، وبشكل مفاجئ للغاية”.

الفكرة وراء سبارك هي أنه “يمكن للطلاب استخدامه واللعب به وإجراء عمليات محاكاة فيزيائية، واكتشافات أساسية جدًا لفيزياء الكم، وتشغيل بعض الخوارزميات البسيطة وتعلم كيفية عمل الكمبيوتر الكمي”، كما يوضح فارتيانين.

تستعد شركة IQM أيضًا لشحن نظامها الأكبر Radiance، والذي يتراوح من 54 إلى 150 كيوبت، والذي تقول إنه “سيمهد الطريق” للميزة الكمية (عندما يتمكن الكمبيوتر الكمي من حل مشكلة بشكل واضح لا يستطيع أي كمبيوتر كلاسيكي حلها)، مما يساعد الشركات على التدريب. تشغيل الأنظمة الأصغر حجمًا والتنقل فيها قبل أن تصبح الأنظمة الأكبر حجمًا متاحة تجاريًا.

لقد وجدت شركة IQM مكانًا تجاريًا لأنها تساعد في تدريب العلماء على التكنولوجيا الكمومية المتاحة الآن، وذلك باستخدام الموصلات الفائقة التي تتطلب أجهزة تبريد كبيرة. من ناحية أخرى، تعمل شركة SemiQon على بناء رقائقها الكمومية شبه الموصلة والتي تكون أقل تأثرًا بدرجات الحرارة في “عصر المليون كيوبت”.

“ما كنا نفعله في VTT كان يعتمد على الموصلات الفائقة. لذلك كنا نبني أجهزة كمبيوتر كمومية تعتمد على الموصلات الفائقة. يقول ماجومدار: “لكن لدينا أيضًا هذه القدرة على صنع معالجات كمومية قائمة على أشباه الموصلات أو أجهزة حوسبة كمومية”. “وكان ذلك أكثر إثارة للاهتمام بالنسبة لي شخصيًا، لأن أشباه الموصلات قابلة للتطوير، وبأسعار معقولة، والتكنولوجيا لديها احتمال أكبر بكثير للتوسع.”

قوة النظام البيئي الفنلندي وإيجاد المواهب

بعيدًا عن التقاليد الأكاديمية، ما هي الأسس التي قامت عليها فنلندا ببناء حاوية الأعمال الكمية الرائدة هذه؟ يقول فارتياينن من شركة IQM: “الشيء الوحيد هو أنها مركزة تمامًا”. “في الواقع، إنها منطقة صغيرة جدًا – ربما في دائرة نصف قطرها كيلومترين أو ثلاثة كيلومترات، يوجد عدد كبير جدًا من اللاعبين الكميين”.

ويؤكد ماجومدار أن “هناك الكثير من المعرفة في هذا النظام البيئي”. “وهذا يعني أنه يمكننا إيجاد الحلول، أو الأشخاص الذين لديهم الحلول، بسهولة نسبية وبسرعة كبيرة مقارنة بالأماكن الأخرى.”

الوصول إلى فتعتبر المرافق والبنية التحتية التي تدعمها الحكومة، مثل تلك الموجودة في VTT خارج هلسنكي، ضرورية أيضًا للشركات الناشئة التي تعمل في مجالات مثل الكم. “إذا كنت بحاجة إلى وسيلة قياس لقياس محدد ومتخصص للغاية، فستجدها هنا. يقول ماجومدار: “ليس عليك أن تذهب بعيدًا”.

من جانبها، تعمل شركة Bluefors بنشاط مع الجامعات وتستقبل العديد من المتدربين في الصيف. وفي الواقع، يبدو أن الشراكة هي المفتاح أيضًا لحل القضايا المتعلقة بالقوى العاملة. فعند البحث عن مهارات الهندسة الدقيقة، على سبيل المثال، اتجهت الشركة إلى جيرانها في المدرسة الفنلندية لصناعة الساعات.

وعندما سُئل جيوست عن صعوبة العثور على المواهب لمثل هذا العمل الذي يتطلب مهارات عالية، قال: “إنه تحدٍ مستمر. وأعتقد أن هذا هو ما يختبره أي شخص يعمل في مجال التقنيات الجديدة.”

ثم ينطق بما يبدو أنه يلخص الروح الفنلندية، وربما يشرح جزئيًا أيضًا كيف تمكن هذا النظام البيئي من تجاوز ثقله في جذب كل من المواهب والاستثمارات الأجنبية. “من ناحية أخرى، أنا من المدرسة التي لا تساعد في الشكوى، كما تعلمون – نحن بحاجة فقط إلى القيام بعمل أفضل.”

ما زلنا بعيدين بعض الشيء عن التفوق الكمي (حتى الخبراء لا يستطيعون الاتفاق على مدى البعد بالضبط). ما زلنا بحاجة إلى المراقبة، والتعلم، والتعديل، وربما، حلم. حلم يكفي أن يصبح ذلك اليوم حقيقة. ولكن حتى ذلك الحين، ستكون أجهزة الكمبيوتر الكمومية قادرة على العمل جنبًا إلى جنب مع أجهزة الكمبيوتر الكلاسيكية، وإجراء عمليات محاكاة محددة للغاية.

لقد تم استكشاف هذا كثيرًا في عالم هندسة البرمجيات الكمومية، وهو فصل آخر تمامًا في ملحمة الكم، والتي سنعرضها في قصة أخرى.