التطبيقات والبرامج

كمبيوترات الكم: كيف تبرد أكثر من الفضاء العميق لتعمل بدقة

تحتاج حواسيب الكم إلى بيئة شديدة البرودة لتفادي التشويش الحراري، حيث تصل درجات الحرارة إلى ما يقارب الصفر المطلق، وهي أبرد من الفضاء الخارجي.

رضوان عبدالهاديمحرر وكاتب تقني

نُشر: 26 أكتوبر 2026 · آخر تحديث: 26 أكتوبر 2026 · 5 دقائق قراءة

كمبيوترات الكم: كيف تبرد أكثر من الفضاء العميق لتعمل بدقة — الصورة: Engadget

الخلاصة

تبريد نظام IBM الجديد إلى أقل من 15 مللي كلفن، وهو أبرد من الفضاء العميق بـ 180 ضعفاً.
الكيوبتات حساسة للغاية، وأي طاقة حرارية ضئيلة تسبب فقدان التماسك الكمي وتزيد من احتمالية الخطأ.
تستخدم أجهزة التبريد بالخلط (Dilution Refrigerators) طبقات معدنية متدرجة البرودة، لكن الأسلاك الناقلة للحرارة تشكل تحدياً هندسياً كبيراً.
بعض التقنيات البديلة مثل الذرات المحايدة والفوتونات تعمل بدرجات حرارة أعلى، مما يقلل من تعقيد أنظمة التبريد.
على الرغم من المخاوف الأمنية، فإن حواسيب الكم الحالية لا تملك القدرة على كسر التشفير القياسي، مع وجود معايير تشفير ما بعد الكم جاهزة.

أبرد من الفضاء العميق

أبرد مكان في الكون ليس على كوكب بعيد أو في فراغ بين المجرات، بل هنا على الأرض داخل مختبر. يبلغ متوسط درجة حرارة الفضاء العميق حوالي 2.7 كلفن، وهو ما يعادل 454.8 درجة فهرنهايت تحت الصفر، وفقاً لبيانات Space.com. ومع ذلك، يبرّد نظام التبريد الجديد من IBM إلى أقل من 15 مللي كلفن، وهو ما تصفه الشركة بأنه أبرد من الفضاء العميق بأكثر من 180 ضعفاً. هذا يعني أن الجهاز يعمل على بعد شعرة من الصفر المطلق، وهو الحد الأدنى النظري لدرجة الحرارة. ويمكن الرجوع إلى Engadget للاطلاع على التفاصيل الأصلية للمصدر.

الفرق بين البت والكيوبت

تعتمد الحواسيب التقليدية على البتات، وهي مفاتيح صغيرة تكون إما 1 أو 0، أي مفعلة أو معطلة. أما الكيوبت، فهو أقرب إلى مقبض ضبط (Dimmer) منه إلى مفتاح، حيث يمكنه الاحتفاظ بعدة قيم مختلفة بين التشغيل والإطفاء. بالإضافة إلى ذلك، يمتلك كل كيوبت "اتجاهاً" يحمل معلومات، مما يسمح له بالاحتفاظ بقيم متعددة في اتجاهين مختلفين في وقت واحد. ويمكن الرجوع إلى Tomorrow للاطلاع على التفاصيل الأصلية للمصدر.

تعمل البتات بشكل مستقل، حيث يتحول كل منها من حالة إلى أخرى بشكل منفصل. لكن الكيوبتات يمكن ربطها ببعضها البعض، بحيث يؤثر تغيير حالة أحدها على الحالات الأخرى. تخيل لوحة تحكم تحتوي على مقابض مرتبطة ببعضها، حيث يؤدي تدوير أحدها إلى تحرك البقية معه. تعمل خوارزميات الحواسيب الكمومية على مبدأ إلغاء الإجابات الخاطئة وإبقاء الإجابة الصحيحة، تماماً مثل الموجات على سطح البحيرة التي تلغي بعضها البعض في بعض المناطق وتتراكب في مناطق أخرى.

لماذا الحرارة عدو الدقة؟

لفهم سبب الحاجة إلى أبرد الظروف الممكنة، يجب أولاً فهم ماهية الحرارة. الحرارة هي طاقة على شكل حركة. عندما تقف في الشمس، تمتص جزيئات جسمك بعضاً من طاقتها وتبدأ بالاهتزاز بسرعة أكبر. الدفء الذي تشعر به هو مجرد تسارع لهذه الاهتزازات الدقيقة.

الكيوبتات حساسة للغاية لدرجة أن كمية ضئيلة جداً من الطاقة يمكن أن تدفعها خارج حالتها المستقرة، مما يعطل طريقة تفاعلها مع بعضها البعض. يُعرف هذا الفقدان باسم "فقدان التماسك" (Decoherence)، وهو يزيد من احتمالية الحصول على إجابة خاطئة. كلما تعرض حاسوب الكم لمزيد من الطاقة الحرارية، قلّت دقة حساباته. لهذا السبب، تسعى IBM وشركات أخرى في مجال الحوسبة الكمومية إلى الاقتراب من الصفر المطلق قدر الإمكان، لتقليل الحرارة التي قد تعطل عمل الكيوبتات.

تحدي التبريد بالخلط

إذا كنت قد رأيت حاسوب كم من قبل، فربما لاحظت أنه يشبه ثريا خيال علمي، يتدلى ويضيق نحو الأسفل. هذا هو مبرد الخلط (Dilution Refrigerator)، وهو عبارة عن مكدس من الألواح المعدنية، يكون كل لوح منها أبرد من الذي فوقه. الجزء العلوي يكون بدرجة حرارة الغرفة، بينما الجزء السفلي هو أبرد نقطة في الجهاز، حيث يتدلى المعالج هناك.

لكن هناك مشكلة تقنية كبيرة: الأسلاك التي تتحكم في الكيوبتات تأتي من درجة حرارة الغرفة، والأسلاك موصل جيد للحرارة. لذلك، ينقل كل سلك دفئاً نحو الأسفل، باتجاه الشيء الذي يحاول المبرد حمايته. هذا يخلق مفارقة هندسية: كلما زاد عدد الكيوبتات في الجهاز، زادت الحاجة إلى أسلاك، مما يجعل الجهاز أكثر دفئاً ويصعب عملية التبريد.

بدائل التبريد التقليدي

لا تعتمد جميع حواسيب الكم على مبردات ضخمة. على سبيل المثال، تستخدم أجهزة الذرات المحايدة، مثل تلك التي تصنعها شركة QuEra، حجرة فراغ صغيرة لحبس ذرات فردية، وتستخدم الليزر لتبريدها إلى درجات حرارة بالميكرو كلفن، وهي أبرد مما يمكن لأي مبرد تقليدي الوصول إليه. تبقى جدران الحجرة والمعدات المحيطة بها بدرجة حرارة الغرفة، مما يزيل مشكلة الأسلاك الساخنة تقريباً، لأنه لا يوجد مكدس بارد يحتاج الأسلاك إلى تدفئته.

تعمل الأجهزة الفوتونية، التي تستخدم جسيمات الضوء ككيوبتات، بشكل مشابه؛ حيث تعمل العديد من مكوناتها بدرجة حرارة الغرفة، لكن كواشف الفوتون الواحد تحتاج عادةً إلى تبريد. كل نهج من هذه النهج يستبدل مشكلة التبريد بمشكلة أخرى، مثل صعوبة حبس آلاف الذرات أو الحاجة إلى كشف فوتونات مفردة بشكل موثوق.

الأمن السيبراني والتشفير

ما الذي سيحدث عندما نحل مشكلة التبريد ونحصل على حاسوب كم موثوق؟ مثل معظم القفزات التكنولوجية، يجلب ذلك فوائد حقيقية ومخاطر حقيقية. حواسيب الكم ليست أسرع في كل شيء، لكن لمشاكل معينة، مثل محاكاة الجزيئات لتطوير دواء جديد، قد تكون أسرع بشكل دراماتيكي.

يمكن لهذه الحواسيب أيضاً كسر التشفير بمفتاح عام الذي يحمي تسجيلات الدخول والعملات الرقمية مثل البيتكوين. قدرت تقديرات Google Quantum AI لعام 2025 تكلفة كسر مفتاح RSA-2048 القياسي بأقل من مليون كيوبت ضوضائي، مقارنة بـ 20 مليوناً في عام 2019. وخفضت ورقة بحثية من Google في عام 2026 عدد الكيوبتات المطلوبة لكسر مخطط توقيع البيتكوين إلى أقل من 500,000. الأجهزة الحالية تملك مئات إلى آلاف قليلة من الكيوبتات، لذلك لن يحدث هذا غداً. والحل موجود بالفعل: حيث أتمت المعهد الوطني للمعايير والتكنولوجيا (NIST) معايير التشفير ما بعد الكم الأولى في أغسطس 2024، ووصفها بأنها جاهزة للاستخدام الفوري.