كوانتينيوم تتجاوز نقطة التعادل في تصحيح الأخطاء الكمومية بفارق كبير مع هيليوس

أعلنت شركة الحوسبة الكمية الأمريكية كوانتينيوم (Quantinuum) يوم الاثنين الموافق التاسع عشر من أكتوبر 2026 أن الجيل الحالي من حاسوبها الكمي هيليوس (Helios) تمكّن من تجاوز نقطة التعادل في تصحيح الأخطاء الكمومية بفارق كبير غير مسبوق، حيث يتحسّن معدل الخطأ بمقدار يزيد على عشر مرات مع كل خطوة في تكبير حجم الكيوبت المنطقي الواحد. ويمثّل هذا الإنجاز، الذي كشفت تفاصيله مجلة آرس تكنيكا، خطوة مهمة على طريق بناء حواسيب كمومية موثوقة قادرة على تنفيذ خوارزميات معقدة في المستقبل.

ولفهم أهمية هذه النتيجة، لا بد من التوقف عند فكرة الكيوبت المنطقي نفسها. فتشغيل خوارزميات كمومية معقدة يتطلب تجميع عدد من الكيوبتات الفيزيائية - وهي البِتات الكمية الفعلية في الجهاز - وربطها معاً بطريقة تسمح برصد الأخطاء وتصحيحها تلقائياً، لتشكّل معاً ما يُعرف بالكيوبت المنطقي. ومن الناحية النظرية، كلما زاد عدد الكيوبتات الفيزيائية المخصصة لكل كيوبت منطقي، تحسّنت فرص اكتشاف الأخطاء. لكن المشكلة أن الكيوبتات الفيزيائية نفسها عرضة للخطأ، فإضافة المزيد منها قد يرفع احتمال وقوع أخطاء جديدة بقدر ما يساعد على تصحيحها. وهنا يأتي مفهوم نقطة التعادل، وهي اللحظة التي تتحول فيها زيادة عدد الكيوبتات من عامل ضار إلى عامل مفيد، بحيث يبدأ تكبير الكيوبت المنطقي في تحسين الأداء فعلاً بدلاً من إضعافه.

يعتمد تصحيح الأخطاء الكمومية على ما يُعرف بـ«الأكواد»، وهي ترتيبات هندسية مختلفة لربط الكيوبتات التي تحمل البيانات بكيوبتات أخرى مخصصة للقياس، تتشابك جميعها معاً. فحين تُقاس الكيوبتات القياسية، تُنتج ما يسمى قياس متلازمة الخطأ، وهي بيانات تكشف ما إذا وقع خطأ، وأين وقع، وما طبيعته، دون أن تُفسد المعلومة الكمومية المشفَّرة نفسها. ولكل كود من هذه الأكواد خاصية تُسمى «المسافة»، وهي مقياس تقريبي لعدد الأخطاء التي يمكن أن تقع في الوقت نفسه قبل أن يفشل الكيوبت المنطقي. وكلما أضيف مزيد من الكيوبتات الفيزيائية، أمكن رفع هذه المسافة، وهو ما يسمح بقياس مدى جودة تحسّن الأداء مع التكبير. وحتى الآن، كانت أغلب التجارب السابقة تُظهر أن معدل الخطأ ينخفض بعامل أقرب إلى اثنين لا عشرة مع كل خطوة تكبير، وهو ما كان يعني أن الوصول إلى معدلات الخطأ المطلوبة لتشغيل خوارزميات معقدة سيحتاج إلى آلاف الكيوبتات الفيزيائية لكل كيوبت منطقي واحد.

وتبني كوانتينيوم حواسيبها الكمومية باستخدام تقنية الأيونات المحبوسة، حيث يُخزَّن كل كيوبت في أيون، وهو ذرة فقدت واحداً أو أكثر من إلكتروناتها فأصبحت مشحونة كهربائياً، يمكن التحكم في موضعه وترتيبه بواسطة حقول كهربائية. وفي حاسوبها الأحدث هيليوس، تدور الأيونات حول حلقة، ويمكن نقل أي اثنين منها إلى أحد ذراعين مخصصين، حيث تُستخدم أشعة الليزر لقياس حالاتها الكمومية والتحكم فيها، مما يتيح تشابك أي أيون مع أي أيون آخر وتشغيل عملياً أي كود من أكواد تصحيح الأخطاء. كما نجحت الشركة في كبح ما يسمى أخطاء التسرب، وهي الحالة التي ينتقل فيها الكيوبت إلى مستوى طاقة غير مستخدم في الحساب، بمعدل 6.5 مرة، عبر نظام ليزر جديد يعيد الكيوبتات المتسربة إلى مساراتها الصحيحة أثناء عملية تبريد الأيونات نفسها.

وفي التجربة الأولى، استخدم الباحثون 13 كيوبتاً فيزيائياً لبناء كود ملوّن بمسافة ثلاثة، و37 كيوبتاً لمسافة خمسة، و73 كيوبتاً لمسافة سبعة، واستُخدمت هذه الكيوبتات المنطقية كذاكرة كمومية بسيطة لقياس مدى الحفاظ على المعلومة عبر عشرين دورة متتالية من التصحيح. وتبيّن أن معدل الخطأ المنطقي بلغ نحو خمسة من كل عشرة آلاف عملية عند مسافة ثلاثة، وانخفض إلى نحو أربعة من كل مئة ألف عند مسافة خمسة، ثم إلى نحو خمسة من كل مليون عند مسافة سبعة، أي أن كل خطوة تكبير خفّضت معدل الخطأ بعامل يبلغ نحو اثني عشر مرة، وهو أفضل معدل تحسّن تم تسجيله حتى الآن. واستخدم الفريق ثلاث برمجيات مختلفة لتفسير بيانات القياس في الزمن الحقيقي، من خوارزمية تقليدية إلى شبكات عصبية تلافيفية وأخرى قائمة على تقنية المحوِّلات.

وفي تجربة ثانية تناولت عمليات حسابية فعلية لا تخزين بيانات فقط، قاس الباحثون معدل الخطأ عند تنفيذ عملية بوابة منطقية بسيطة على كيوبتين. فبينما بلغ معدل الخطأ عند التنفيذ المباشر على الكيوبتات الفيزيائية نحو واحد من كل ألف عملية، لم يتحسن الأمر كثيراً مع كود بمسافة ثلاثة، لكنه انخفض إلى نحو سبعة من كل مئة ألف مع كود بمسافة خمسة، مما يؤكد أن الجهاز يتجاوز نقطة التعادل بفارق واضح حتى في أداء عمليات حسابية فعلية لا مجرد تخزين المعلومة.

تسير المنطقة العربية بخطوات متسارعة نحو الحوسبة الكمومية؛ فقد أعلنت مدينة الملك عبدالعزيز للعلوم والتقنية (كاكست) عن استراتيجية وطنية للكم ضمن مبادرات رؤية 2030، فيما أطلقت الإمارات مبادرتها الاستراتيجية للكم بالشراكة مع مزودين دوليين. ويرى خبراء تقنية في المنطقة أن نتائج كوانتينيوم تُقرّب الجدول الزمني لتحقيق الهيمنة الكمومية، مما ينعكس مباشرة على استراتيجيات الأمن السيبراني في السعودية والإمارات اللتين تُعيد اليوم بناء بنيتهما التشفيرية تحسباً لمرحلة ما بعد الكم، حيث لن تصمد خوارزميات التشفير الحالية أمام حواسيب كمومية كاملة القدرة.

ومع ذلك، يبقى معدل الخطأ المنطقي الحالي أعلى من المطلوب لتشغيل خوارزميات كمومية معقدة، كما أن أفضل النتائج سُجِّلت فقط حين كان الكيوبت المنطقي في وضع التخزين دون تنفيذ عمليات حسابية، ولا يستطيع الحاسوب حالياً استيعاب أكثر من كيوبت منطقي واحد بمسافة سبعة في الوقت نفسه. لكن من زاوية أكثر تفاؤلاً، يشير هذا التحسّن الكبير في معدل الخطأ إلى أن أي تحسينات إضافية طفيفة في عتاد الحوسبة قد تحقق مكاسب كبيرة في موثوقية الكيوبتات المنطقية، وهو ما يضع كوانتينيوم في موقع يمكّنها من التوسع عبر زيادة عدد الكيوبتات بدلاً من الاضطرار لخفض معدل خطأ العتاد نفسه بشكل كبير، على عكس منافسيها الذين قد يحتاجون إلى مزيج مختلف من الحلول للوصول إلى الهدف نفسه.