أســــرع.. بمليــــون مــرة

في إطار تعاون دولي بين جامعة أريزونا، ومعهد كاليفورنيا للتكنولوجيا في الولايات المتحدة، وجامعة لودفيغ ماكسيميليان في ألمانيا، يعمل باحثون على ابتكار وسيلة يمكن من خلالها استخدام نبضات من الضوء لا تتجاوز مدتها أقل من تريليون من الثانية لتشغيل أجهزة الكمبيوتر.
وتمكن فريق بحث دولي من التلاعب بالإلكترونات المكونة للذرة لتتجاوز بشكل فوري الحواجز المادية الطبيعية، وفقًا لموقع «فيز Phys» العلمي، وهو ما يعتبر إنجازًا يعيد تعريف الحدود التقليدية لقدرات وحدات المعالجة لأجهزة الكمبيوتر.
ويسعى فريق البحث للاستفادة مما يُعرف علميًا باسم ظاهرة «النفق الكمي أو الكمومي Tunneling»، والتي تعني قدرة الجسيمات على النفاذ وكأنها تحفر نفقًا في جدار لتخرج منه، وهو ما يحدث في بعض الظواهر الطبيعية مثل النشاط الإشعاعي.
وتركّز الدراسة، المنشورة في مجلة «ناتشر Nature» العلمية، على قدرة هذه التقنية الحديثة على الوصول لسرعات معالجة أعلى من رقائق الكمبيوتر الحديثة.
ويؤكد الأستاذ المساعد في الفيزياء والعلوم البصرية بجامعة أريزونا الأميركية، محمد حسن، والذي قاد سابقا جهودا لتطوير أسرع مجهر إلكتروني في العالم، أن إرسال البيانات بهذه السرعات سيحدث ثورة في عالم الحوسبة كما نعرفه.
ويقول حسن: «لقد شهدنا قفزة هائلة في تطوير تقنيات مثل برمجيات الذكاء الاصطناعي، لكن سرعة تطوير الأجهزة لا تسير بالسرعة نفسها. ولكن بالاعتماد على اكتشاف الحواسيب الكمومية (الكمية)، يمكننا تطوير أجهزة تواكب الثورة الحالية في برمجيات تكنولوجيا المعلومات. ستساهم الحواسيب فائقة السرعة بشكل كبير في الاكتشافات في أبحاث الفضاء والكيمياء والرعاية الصحية وغيرها».
وكان الفريق البحثي يدرس في الأصل التوصيل الكهربائي لعينات معدلة من «الغرافين Graphene»، وهي مادة تتكون من طبقة واحدة من ذرات الكربون. وعندما يسلط الباحثون أشعة الليزر على الغرافين، تثير طاقة الليزر الإلكترونات المكونة للمادة وتتشكل على هيئة تيار، في بعض الأحيان. وتمكن الباحثون من تعديل عينات من مادة الغرافين بحيث يمكن للإلكترونات المكونة لها الانزلاق عبر نفق شبه فوري.
ويقول حسن: «عند دخول المختبر، تتوقع دائما ما سيحدث لكن جمال العلم الحقيقي يكمن في التفاصيل الصغيرة التي تحدث والتي تدفعك إلى مزيد من البحث. بمجرد أن أدركنا أننا حققنا تأثير النفق هذا، كان علينا اكتشاف المزيد».
وبالفعل، نجح الفريق لاحقًا في تطوير أسرع «مفتاح ضوئي phototransistor» للتحكم في الضوء في العالم. ويوضح حسن: «هذا الإنجاز يمثل قفزة كبيرة إلى الأمام في تطوير تقنيات الكمبيوتر فائقة السرعة».

جرب ميزات الذكاء الاصطناعي لدينا

اكتشف ما يمكن أن يفعله Daily8 AI من أجلك:

التعلم مع الذكاء الاصطناعيالتحقق من الحقائقتحويل النص إلى كلامملخص الذكاء الاصطناعي

أخبار ذات صلة

جريدة الوطن

١٢-٠٦-٢٠٢٥

• جريدة الوطن

أســــرع.. بمليــــون مــرة

في إطار تعاون دولي بين جامعة أريزونا، ومعهد كاليفورنيا للتكنولوجيا في الولايات المتحدة، وجامعة لودفيغ ماكسيميليان في ألمانيا، يعمل باحثون على ابتكار وسيلة يمكن من خلالها استخدام نبضات من الضوء لا تتجاوز مدتها أقل من تريليون من الثانية لتشغيل أجهزة الكمبيوتر. وتمكن فريق بحث دولي من التلاعب بالإلكترونات المكونة للذرة لتتجاوز بشكل فوري الحواجز المادية الطبيعية، وفقًا لموقع «فيز Phys» العلمي، وهو ما يعتبر إنجازًا يعيد تعريف الحدود التقليدية لقدرات وحدات المعالجة لأجهزة الكمبيوتر. ويسعى فريق البحث للاستفادة مما يُعرف علميًا باسم ظاهرة «النفق الكمي أو الكمومي Tunneling»، والتي تعني قدرة الجسيمات على النفاذ وكأنها تحفر نفقًا في جدار لتخرج منه، وهو ما يحدث في بعض الظواهر الطبيعية مثل النشاط الإشعاعي. وتركّز الدراسة، المنشورة في مجلة «ناتشر Nature» العلمية، على قدرة هذه التقنية الحديثة على الوصول لسرعات معالجة أعلى من رقائق الكمبيوتر الحديثة. ويؤكد الأستاذ المساعد في الفيزياء والعلوم البصرية بجامعة أريزونا الأميركية، محمد حسن، والذي قاد سابقا جهودا لتطوير أسرع مجهر إلكتروني في العالم، أن إرسال البيانات بهذه السرعات سيحدث ثورة في عالم الحوسبة كما نعرفه. ويقول حسن: «لقد شهدنا قفزة هائلة في تطوير تقنيات مثل برمجيات الذكاء الاصطناعي، لكن سرعة تطوير الأجهزة لا تسير بالسرعة نفسها. ولكن بالاعتماد على اكتشاف الحواسيب الكمومية (الكمية)، يمكننا تطوير أجهزة تواكب الثورة الحالية في برمجيات تكنولوجيا المعلومات. ستساهم الحواسيب فائقة السرعة بشكل كبير في الاكتشافات في أبحاث الفضاء والكيمياء والرعاية الصحية وغيرها». وكان الفريق البحثي يدرس في الأصل التوصيل الكهربائي لعينات معدلة من «الغرافين Graphene»، وهي مادة تتكون من طبقة واحدة من ذرات الكربون. وعندما يسلط الباحثون أشعة الليزر على الغرافين، تثير طاقة الليزر الإلكترونات المكونة للمادة وتتشكل على هيئة تيار، في بعض الأحيان. وتمكن الباحثون من تعديل عينات من مادة الغرافين بحيث يمكن للإلكترونات المكونة لها الانزلاق عبر نفق شبه فوري. ويقول حسن: «عند دخول المختبر، تتوقع دائما ما سيحدث لكن جمال العلم الحقيقي يكمن في التفاصيل الصغيرة التي تحدث والتي تدفعك إلى مزيد من البحث. بمجرد أن أدركنا أننا حققنا تأثير النفق هذا، كان علينا اكتشاف المزيد». وبالفعل، نجح الفريق لاحقًا في تطوير أسرع «مفتاح ضوئي phototransistor» للتحكم في الضوء في العالم. ويوضح حسن: «هذا الإنجاز يمثل قفزة كبيرة إلى الأمام في تطوير تقنيات الكمبيوتر فائقة السرعة».

أخبار قطر

١٩-٠٥-٢٠٢٥

• أخبار قطر

جورج كلوني وزوجته: معركة استرداد التاريخ في الفن والسياسة

عالماء يبتكرون ترانزستور فوتوني سريع بيتاهيرتز تمكّن علماء من ابتكار ترانزستور فوتوني يعمل بسرعة بيتاهيرتز (PHz)، وهو أسرع ترانزستور ضوئي تم إنشاؤه على الإطلاق؛ مما يبشر بتحطيم حدود السرعة في الإلكترونيات، والتي ستساعد في تطوير تقنيات الذكاء الاصطناعي، ويمكن استخدامها في تخزين الطاقة، وتطوير الأدوية. أعدّ دراسة باحثون من جامعة أريزونا، ومعهد كاليفورنيا للتكنولوجيا (Caltech) في الولايات المتحدة، وجامعة لودفيغ-ماكسيميليان في ميونيخ، بقيادة عالم الأتوثانية المصري محمد ثروت حسن، وبيّنوا فيها آلية تبديل تيار بالأتوثانية (as) في ترانزستور ضوئي يعتمد على الجرافين؛ مما يمثل قفزة كبيرة نحو الإلكترونيات الضوئية فائقة السرعة، ومستقبل إلكترونيات موجات الضوء. وباستخدام نبضات ليزر فائق السرعة، قام الفريق بتحفيز تيارات نفقية كمية في ترانزستور مصمم خصيصاً من نوع (جرافين – سيليكون -جرافين (Gr-Si-Gr أتاح ذلك تبديل تيار بين ON/OFF بسرعة تبلغ فقط 630 أتوثانية، أي ما يوازي (1.6 بيتاهيرتز)، مما يجعله أسرع ترانزستور تم إثباته حتى الآن. وبحسب الدراسة المنشورة في دورية «نيتشر كوميونيكيشنز»، يمثل هذا الإنجاز تحولاً نحو الإلكترونيات التي يقودها الضوء، حيث تُحدد سرعات التبديل بواسطة نبضات الليزر بدلاً من قيود أشباه الموصلات التقليدية. وتمهد هذه الدراسة الطريق للحوسبة من الجيل التالي، ومعالجة الإشارات بسرعة بيتاهيرتز، ونقل البيانات البصرية عالي السرعة، مما يقربنا من تحقيق الحواسيب الكمونية الضوئية. المصريان محمد ثروت حسن قائد الفريق البحثي ومحمد يحيى الباحث الأول للدراسة (الفريق البحثي) محمد ثروت حسن، الذي يعمل أستاذاً للفيزياء والضوء بجامعة أريزونا، قال لـ«الشرق الأوسط» إن «الليزر يقوم باستثارة الإلكترونات لتوليد تيار كهربي في الجرافين، ثم تنتقل الإشارة الكهربية من خلال النفق الكمي من الجانب الأيمن للجانب الأيسر من الجرافين من خلال مادة السيليكون، وبالتالي يمكن قياس التيار الكهربي والذي يتبع الشكل الموجي لليزر، وينتج تياراً كهربياً في لحظة من الزمن وبعدها بـ630 أتوثانية يكون التيار الناتج صفراً، أي يقوم بعملية التحويل من تيار، وهي الحالة الممثلة بـ1 في الإلكترونيات الرقمية للحالة صفر». وتشير الدراسة إلى أن واحداً من أكثر الجوانب المذهلة في هذا الإنجاز هي أن الترانزستور يعمل في ظروف بيئية عادية. فعلى عكس العديد من التطورات السابقة في الإلكترونيات فائقة السرعة التي تتطلب درجات حرارة شديدة الانخفاض، أو بيئات مفرغة من الهواء، يعمل هذا الترانزستور الضوئي في درجة حرارة الغرفة، وتحت الضغط الجوي العادي، وهذه القابلية للتطبيق في العالم الحقيقي تجعله مرشحاً للدمج في الأنظمة الإلكترونية والضوئية فائقة السرعة في المستقبل.

الجزيرة

٠٢-٠٤-٢٠٢٥

• الجزيرة

الصين تصنع حاسوبا كميا يعالج مشكلات تتطلب 6 مليارات سنة في ثوان

في تطور جديد يعزز من مكانة الحوسبة الكمومية الصينية على الساحة العلمية، أعلن فريق من الباحثين من جامعة العلوم والتكنولوجيا في الصين عن تطوير معالج كمومي جديد يُدعى "زوتشونجزي-3" يُعد طفرة في مجال التفوق الكمومي. يتكون "زوتشونجزي-3" من 105 كيوبتات، وهذا يجعله أحد أكثر المعالجات الكمومية تقدما حتى الآن. يتميز بسرعته الفائقة التي تصل إلى كوادريليون (10¹⁵) مرة أسرع من أقوى الحواسيب الفائقة الحالية، وأسرع بمليون مرة من أحدث النتائج المنشورة لشركة غوغل. ويأتي هذا التطوير استمرارا لسلسلة من النجاحات التي حققها الفريق الصيني في مجال الحوسبة الكمومية، بدءا من "زوتشونجزي-1″ و"زوتشونجزي-2" وصولا إلى هذا الإنجاز الجديد. وتقول أسماء علي، الباحثة في قسم الفيزياء النظرية والمتخصصة في الحوسبة والمعلوماتية الكمومية بكلية العلوم في جامعة المنصورة المصرية، في تصريحات حصرية للجزيرة نت: "ما نحن أمامه ليس مجرد قفزة كبيرة في تقنية الحوسبة ولكنه تحول جذري في فهمنا لقدرات الطبيعة وتطويعها لإعادة تعريف الممكن في عالم المعلومات والذكاء الاصطناعي والتكنولوجيا والحضارة البشرية". حوسبة خاصة جدا ولفهم الفكرة الخاصة بالحاسوب الكمي، تخيل أنه شخص يفكر، الحاسوب العادي يفكر باستخدام "بتات" وهي إما 0 أو 1، ما يعني أنه يجري العمليات بترتيب يتطلب فاصل زمني بينها، فيجرب كل الاحتمالات واحدة تلو الأخرى. أما الحاسوب الكمي فيستخدم "البتات الكمية" أو الكيوبتات، وهي يمكن أن تكون 0 و1 في نفس الوقت، ما يعني أنه يتمكن من إجراء عدد كبير من العمليات في نفس الوقت، أي أنه يمكن أن يجرّب جميع الاحتمالات لحل مسألة ما في وقت واحد. تخيّل أن البت التقليدي مثل مفتاح كهرباء: إمّا "مفتوح" أو "مغلق"، أما الكيوبت، فهو مثل مفتاح "سحري" يمكن أن يكون مفتوحا ومغلقا معا. وتوضح أسماء علي: "هناك قيود جوهرية تمنع الأنظمة الكلاسيكية من مضاهاة الأداء الكمومي، الذي يعتمد على التراكب الكمومي، حيث يمكن للكيوبت تمثيل حالتين في آنٍ واحد، بينما البت الكلاسيكي يكون إما 0 أو 1 فقط". ليس التراكب فحسب بل يعتمد هذا النوع من الحواسيب على التشابك الكمومي أيضا، وهو ظاهرة كمومية تسمح للكيوبتات أن تكون مترابطة، إذا تغيّر واحد منها يتغير الآخر فورا، حتى لو كان بعيدا عنه، حيث تُنتج الحواسيب الكمومية تشابكات تتيح معالجة المعلومات بطريقة لا يمكن للحواسيب الكلاسيكية محاكاتها بكفاءة. بالإضافة إلى ذلك، يظهر ما يسمى بالتداخل الكمومي، والذي يُمكّن الخوارزميات الكمومية من تعزيز الحسابات الصحيحة وإلغاء الحسابات الخاطئة بطريقة لا يمكن تحقيقها حسابيا بالحواسيب الكلاسيكية. حرب كمومية باردة في عام 2019، أعلنت غوغل عن تحقيق "التفوق الكمي" من خلال معالجها سيكامور الذي احتوى على 53 كيوبتا، حيث تمكن من تنفيذ عملية حسابية معقدة في 200 ثانية فقط، بينما كانت الحواسيب التقليدية تحتاج نحو 10 آلاف سنة لإتمامها. كان هذا الإنجاز أحد أضخم الإنجازات إلى أن أتى الفريق الصيني، والذي حجز مقعده كمنافس شرس عبر الإصدارات الأولى والثانية لزوتشونجزي، فتمكنوا في الإصدار الثالث من تحدي غوغل عبر التفوق على أقوى معالجاتها. وتشرح أسماء علي: "التفوق الكمي هو قدرة الحواسيب الكمومية على تنفيذ عمليات حسابية شديدة التعقيد قد تستغرق مع الحواسيب الكلاسيكية مئات وآلاف السنين بينما يحصل الحاسوب الكمي على نتائجها خلال ثوان". إعلان على سبيل المثال، اختبر الباحثون حاسوبهم الجديد مع الحواسيب الكلاسيكية لحل مشكلة ما وكشفوا أن أقوى الحواسيب الكلاسيكية، مثل فرونتير وسوميت، تحتاج إلى 6 مليارات سنة لحلها، في حين يستطيع زوتشونجزي-3 إنجازها في ثوانٍ، بحسب الدراسة التي نشرها الفريق في دورية "فيزكال ريفيو ليترز". عبقرية زوتشونجزي-3 تشرح علي: "يتمثل التحدي الأكبر لأي معالج كمي في التغلب على الضوضاء والسيطرة عليها، نظرا لحساسية أي نظام كمي للبيئة المحيطة. وأي تفاعل أو تداخل قد يؤدي إلى انهيار النظام الكمي وفشل العملية الحسابية. لذلك يعتمد تصميم أي معالج على تجنب التأثيرات الخارجية وتحسين تقنيات قراءة الكيوبتات والتفاعل فيما بينها، وهذا يجعل المعالج أكثر كفاءة في إجراء العمليات الحسابية". ويتفوق زوتشونجزي-3 بفضل عدة تحسينات تقنية، منها استخدام مواد تقلل من تأثير الضوضاء. كما اعتمد التصميم على نهج هندسي متقدم يعزز من كفاءة الاتصال بين الكيوبتات ويسمح بإجراء عمليات حسابية موثوقة. من العوامل الحاسمة في أداء زوتشونجزي-3 هو تحقيق زمن تماسك يبلغ 72 ميكروثانية، وهو ما يسمح للكيوبتات بالحفاظ على حالتها الكمومية لفترة أطول قبل الانهيار، وهذا يسهل إجراء عمليات حسابية أكثر تعقيدا. كما بلغت معدلات الدقة 99.9%، والتي تحدد مدى موثوقية تنفيذ العمليات الحسابية من دون أخطاء. وكلما ارتفعت هذه النسبة، قلت الحاجة إلى تطبيق تقنيات تصحيح الأخطاء الكمومية، وهذا يجعل النظام أكثر كفاءة واستقرارا. وتشير أسماء علي إلى أهمية ذلك قائلة: "تتيح تلك العوامل إجراء محاكاة فيزيائية أكثر تعقيدا، وحل مسائل التحسين، وتقديم أداء متقدم في تطبيقات الذكاء الاصطناعي والتشفير. هذا التطور يعزز قدرة الحوسبة الكمومية على تجاوز حدود الحواسيب الكلاسيكية، ويجعلها أقرب إلى تحقيق تطبيقات عملية حقيقية". بين ماضٍ وحاضر يهدف كل التطوير في الحوسبة الكمومية إلى إجراء العمليات الحسابية على الكيوبتات مع تقليل أي تأثيرات قد تخل بالحالة الكمومية. ويعد زوتشونجزي، والذي سُمي الحاسوب على اسمه، أحد أبرز علماء الرياضيات في الصين القديمة، إذ قدم إسهامات مهمة في الحسابات الفلكية، مثل تقريب قيمة ط أو باي بدقة مذهلة لعصره. وتعلق أسماء علي : "لو رأى زوتشونجزي الحوسبة الكمومية اليوم لذهل من قدرتها على إجراء حسابات معقدة تفوق أي حاسوب تقليدي مستغلة التراكب والتشابك الكمومي وسيفاجئه أن الحساب لم يعد قائما على قيم حتمية بل على احتمالات كمومية تتداخل لتحقق نتائج بزمن قياسي غير ممكن كلاسيكيا. فعالم الكم لم يعد مجرد مجال نظري بل أصبح قوة تعيد تشكيل حدود المعرفة البشرية وتفتح أبوابا لحلول لم يكن يتخيلها العقل البشري". وبعد تحقيق أقوى تفوق كمي حتى الآن، يعمل الفريق الصيني على تطوير تقنيات جديدة مثل تصحيح الأخطاء الكمومية، وتحسين التشابك الكمومي لتحسين أداء المعالجات الكمومية. ويبدو أننا على موعد مع تطبيقات كمية تفوق التوقعات وتشكل واقعا عالميا جديدا سنحتاج إلى الوقت لاستيعابه.