الأجهزة الكمومية بالتبريد الكريوجيني في عام 2025: الريادة في التقدم في درجات الحرارة المنخفضة للغاية لتحقيق ميزة كمومية. استكشف كيف تشكل المنصات الكريوجينية من الجيل التالي مستقبل معالجة الكم والتجارية.

• الملخص التنفيذي: مشهد السوق لعام 2025 والدوافع الرئيسية
• المبادئ الأساسية: الكريوجينيات في الحوسبة الكمومية موضحة
• الشركات الرائدة والشراكات الاستراتيجية (مثل: ibm.com، intel.com، delft.cqte.nl)
• الهندسات المعمارية للأجهزة الحالية: الموصلات الفائقة، الكيوبتات الدورانية، وما بعدها
• البنية التحتية الكريوجينية: الثلاجات المخففة، إلكترونيات التحكم، والتكامل
• توقعات السوق: توقعات النمو حتى عام 2030
• الابتكارات الناشئة: المواد، والتقليص، وكفاءة الطاقة
• طرق التcommercialization: من مختبرات البحث إلى النشر القابل للتوسع
• المبادرات التنظيمية والتقييسية وصناعية (مثل: ieee.org، qutech.nl)
• التوقعات المستقبلية: التحديات، والفرص، والطريق إلى الميزة الكمومية
• المصادر والمراجع

الملخص التنفيذي: مشهد السوق لعام 2025 والدوافع الرئيسية

يبدو أن الأجهزة الكمومية بالتبريد الكريوجيني ستبقى حجر الزاوية في تطوير تكنولوجيا الكم في عام 2025، مدفوعة بالحاجة إلى بيئات درجات حرارة منخفضة للغاية لتمكين تشغيل الكيوبتات بشكل مستقر. يتشكل مشهد السوق من خلال التقدم السريع في الثلاجات المخففة، وإلكترونيات التحكم الكريوجينية، وتصميم الأنظمة المتكاملة، حيث تكثف الشركات الرائدة في الأجهزة الكمومية وشركات الكريوجينيات المتخصصة جهودها لتوسيع رقعة المعالجات الكمومية.

يتصدر اللاعبين الرئيسيين مثل IBM وBluefors وOxford Instruments وQuantum Design، الذين يقدمون الثلاجات المخففة والمنصات الكريوجينية الضرورية لأنظمة الكيوبتات الفائقة والدورانية. تستمر IBM في توسيع أسطولها من المعالجات الكمومية، حيث يبرز خارطة الطريق لعام 2025 نشر أنظمة كمومية واسعة النطاق وخاضعة للتصحيح، والتي تعتمد جميعها على بنية تحتية كريوجينية قوية. تم التعرف على Bluefors وOxford Instruments لثلاجاتهم المخففة ذات الاعتماد العالي، والتي تم تحسينها الآن لزيادة قدرة التبريد، وتقليل الاهتزازات، وزيادة مستوى الأتمتة لدعم توسيع متعدد الكيوبتات والتشغيل على مدار الساعة.

تُعزز الطلب على الأجهزة الكريوجينية المتقدمة المزيد من الدفع نحو الميزة الكمومية والتجارية. في عام 2025، تُعتبر دمج مكونات الميكروويف الكريوجينية ومعززات الضجيج المنخفض، وحلول الأسلاك القابلة للتوسع محوراً رئيسياً، حيث تسعى الشركات إلى تقليل الضجيج الحراري وزيادة أوقات تماسك الكيوبتات. قدمت Bluefors منصات كريوجينية معيارية مصممة للنشر السريع والتوافق مع مجموعة من هندسات المعالجات الكمومية، بينما تستثمر Oxford Instruments في أنظمة كريوجينية مؤتمتة لتقليل التعقيدات التشغيلية والوقت الضائع.

مع النظر إلى الأمام، من المتوقع أن يشهد السوق زيادة في التعاون بين مطوري الأجهزة الكمومية ومتخصصي الكريوجينيات، مع جهود مشتركة لتوحيد الواجهات وتحسين تكامل الأنظمة. ومن المتوقع أن يزيد ظهور إلكترونيات التحكم الكريوجينية CMOS، التي تطورها كل من الشركات الكبرى في مجال أشباه الموصلات والشركات الناشئة في مجال الكم، من تحسين سلسلة الأجهزة وتقليل الحمل الحراري على الثلاجات المخففة. مع اقتراب الحوسبة الكمومية من التطبيقات العملية، ستكون الموثوقية وقابلية التوسع والجدوى الاقتصادية للأجهزة الكريوجينية عوامل محورية في السوق حتى عام 2025 وما بعده.

المبادئ الأساسية: الكريوجينيات في الحوسبة الكمومية موضحة

تعتبر الأجهزة الكمومية بالتبريد الكريوجيني أساسية لعمل العديد من المنصات الرائدة في الحوسبة الكمومية، وخاصة تلك القائمة على الكيوبتات الفائقة والكيوبتات الدورانية. المبدأ الأساسي الذي يقوم عليه هذه التقنية هو ضرورة الحفاظ على المعالجات الكمومية عند درجات حرارة منخفضة للغاية – غالبًا أقل من 20 مللي كلفن – لقمع الضجيج الحراري والتداخل، مما يحافظ على الحالات الكمومية لفترة كافية لإجراء العمليات الحسابية. يتم تحقيق ذلك باستخدام أنظمة كريوجينية متقدمة، وأبرزها الثلاجات المخففة، التي أصبحت مكونًا حيويًا في سلسلة الأجهزة الكمومية.

في عام 2025، يشهد هذا المجال تقدمًا سريعًا في كل من حجم وموثوقية الأنظمة الكريوجينية. تقع شركات مثل Bluefors Oy وOxford Instruments plc في طليعة المطورين، حيث تزود الثلاجات المخففة القادرة على دعم مئات الكيوبتات. تم تصميم هذه الأنظمة لتكون ذات قدرة تبريد عالية، مع اهتزازات منخفضة، وتكون معيارية، مما يمكّن من الدمج مع معالجات الكم المعقدة بشكل متزايد. على سبيل المثال، تعاونت Bluefors Oy مع شركات كبرى في مجال الحوسبة الكمومية لتقديم برادات تدعم معالجات كمومية واسعة النطاق، بينما تواصل Oxford Instruments plc الابتكار في الهندسة الكريوجينية، مع التركيز على الأتمتة والمراقبة عن بُعد لتسهيل التشغيل المستمر وتقليل الوقت الضائع.

يدفع الطلب على البنية التحتية الكريوجينية القوية طموحات التوسع الخاصة بقادة الأجهزة الكمومية مثل شركة آي بي إم الدولية وشركة غوغل. تعتمد كلا الشركتين على الثلاجات المخففة لتخزين معالجاتهما الكمومية الفائقة، حيث يبرز نظام “Quantum System Two” لشركة آي بي إم ومنصة Sycamore لشركة غوغل تكامل الكريوجينيات المتقدمة مع الأجهزة الكمومية. تتطلب هذه الأنظمة ليس فقط درجات حرارة منخفضة للغاية ولكن أيضًا إدارة حرارية دقيقة ودرع كهرومغناطيسي، والتي يتم تناولها من خلال جهود هندسية مشتركة مع متخصصي الكريوجينيات.

مع النظر إلى الأمام، من المتوقع أن تحقق السنوات القليلة القادمة ابتكارات إضافية في أجهزة الحوسبة الكمومية بالتبريد الكريوجيني. تبذل جهود لتطوير أنظمة تبريد أكثر كفاءة من حيث الطاقة، وتقليل البصمة المادية للثلاجات المخففة، وتعزيز أتمتة العمليات الكريوجينية. بالإضافة إلى ذلك، يتم استكشاف مواد جديدة وحلول الأسلاك لتقليل الحمل الحراري وتحسين سلامة الإشارة بين الإلكترونيات في درجة حرارة الغرفة والبيئات الكريوجينية. مع توسع معالجات الكم نحو الآلاف من الكيوبتات، ستظل تطورات الأجهزة الكريوجينية محورًا أساسيًا لتقدم الصناعة، مع المساهمات المستمرة من كل من الموردين الراسخين ومطوري التكنولوجيا الناشئين.

الشركات الرائدة والشراكات الاستراتيجية (مثل: ibm.com، intel.com، delft.cqte.nl)

يتميز قطاع الأجهزة الكمومية بالتبريد الكريوجيني بمشهد ديناميكي من الشركات الرائدة والشراكات الاستراتيجية، حيث تتصاعد المنافسة لبناء أجهزة كمومية قابلة للتوسع وقادرة على مقاومة الأخطاء نحو عام 2025 وما بعده. يهيمن على هذا المجال عدد قليل من عمالقة التكنولوجيا، والمصنعين المتخصصين في الأجهزة، والشركات الناشئة المدفوعة بالبحث، كل منها استغل خبراته الفريدة في الكريوجينيات والدوائر الفائقة وتكامل الأجهزة الكمومية.

من بين الأكثر بروزًا هو IBM، التي تواصل تطوير معالجاتها الكمومية الفائقة، جميعها تتطلب التشغيل في درجات حرارة مللي كلفن. يتميز نظام “Quantum System Two” الذي كشف عنه في أواخر عام 2023 بالبنية التحتية الكريوجينية المعيارية وصُمم للتوسع إلى الآلاف من الكيوبتات. تشمل خارطة طريق الشركة حتى عام 2025 مزيدًا من التعاون مع الموردين لمكونات الكريوجينيات ومراكز البحث لمعالجة التحديات المتعلقة بإدارة الحرارة وكثافة الأسلاك.

تعتبر Intel لاعباً رئيسياً آخر، مع تركيزها على الكيوبتات الدورانية القائمة على السيليكون واستغلالها لخبرتها في تصنيع أشباه الموصلات. تم تطوير شريحة تحكم الكريوجينيات “Horse Ridge” من Intel بالتعاون مع QuTech (تعاون بين جامعة دلفت للتكنولوجيا وTNO) لتعمل في درجات حرارة أقل من 4 كلفن، مما يقلل التعقيد والتكلفة الناتجة عن الأسلاك في الأنظمة الكمومية على نطاق واسع. من المتوقع أن تسفر شراكات Intel المستمرة مع متخصصي التبريد الكريوجيني والاتحادات البحثية الأوروبية عن مزيد من اختراقات تكامل الأجهزة بحلول عام 2025.

في أوروبا، ظهرت Delft Circuits كمورد رئيسي للأسلاك والتوصيلات الكريوجينية، حيث تم اعتماد تقنية “Cri/oFlex” على نطاق واسع في مختبرات الكم والأنظمة التجارية. تتعاون الشركة مع مطوري الأجهزة الكمومية الرائدين لتحسين مصداقية الإشارة والأداء الحراري، وتوسيع قدرتها التصنيعية لتلبية الطلب المتزايد.

تشكّل الشراكات الاستراتيجية أيضًا مسار كرة القطاع. على سبيل المثال، توفر Oxford Instruments الثلاجات المخففة والمنصات الكريوجينية لشركات الحوسبة الكمومية في جميع أنحاء العالم، ودخلت في اتفاقيات تطوير مشتركة مع كل من الشركاء الأكاديميين والصناعيين لتصميم برادات الجيل التالي المخصصة للمعالجات الكمومية. بالمثل، Bluefors هي مزود رائد للأنظمة الكريوجينية، تدعم قاعدة عملاء عالمية تضم مطوري الأجهزة الكمومية الرئيسيين والمختبرات الوطنية.

مع النظر إلى الأمام، من المتوقع أن تشهد السنوات القليلة القادمة تكاملًا أعمق بين مصممي معالجات الكم ومصنعي الأجهزة الكريوجينية والاختصاصيين في إلكترونيات التحكم. هذه المقاربة التعاونية ضرورية لتجاوز العقبات الهندسية الخاصة بتوسيع أجهزة الكم، ومن المحتمل أن تدفع مزيدًا من التشديد والشراكات عبر الحدود مع نضوج الصناعة.

الهندسات المعمارية للأجهزة الحالية: الموصلات الفائقة، الكيوبتات الدورانية، وما بعدها

تعتبر الأجهزة الكمومية بالتبريد الكريوجيني في قلب المنافسة لبناء أجهزة كمومية قابلة للتوسع وقادرة على مقاومة الأخطاء. اعتبارًا من عام 2025، يهيمن على هذا المجال نوعان رئيسيان من الكيوبتات: الدوائر الفائقة والكيوبتات الدورانية، وكل منهما يتطلب بيئات كريوجينية متطورة للحفاظ على التماسك الكمومي وتقليل الضجيج. يتم تطوير هذه الهياكل بنشاط من قبل الشركات التقنية الرائدة والمؤسسات البحثية، مع تقدم ملحوظ في كل من الأداء وقابلية التصنيع.

تظل الكيوبتات الفائقة، التي تعمل في درجات حرارة قريبة من 10 مللي كلفن، هي الأكثر نضجًا وانتشارًا. كانت IBM رائدة، مع نظام IBM Quantum System One ونظام IBM Quantum System Two المُعلن عنه مؤخرًا، كلاهما يستغل الثلاجات المخففة لتخزين شرائح الكيوبتات الفائقة المعقدة بشكل متزايد. في عام 2024، كشفت IBM عن معالج مكون من 1,121 كيوبت يُطلق عليه “Condor”، وقد وضعت خارطة طريق لتوسيع العدد إلى 10,000+ كيوبت بحلول أواخر العقد 2020. تعمل Rigetti Computing وQuantinuum على تطوير المنصات الفائقة، مع التركيز على تحسين الاتصال بين الكيوبتات، ومعدلات الأخطاء، والتكامل مع إلكترونيات التحكم الكريوجينية.

تكتسب الكيوبتات الدورانية، ولا سيما تلك القائمة على السيليكون، زخمًا بسبب توافقها مع عمليات تصنيع أشباه الموصلات الحالية. أظهرت Intel مجموعات من الكيوبتات الدورانية المصنوعة من السيليكون تعمل في درجات حرارة مللي كلفن، مستفيدًة من إمكاناتها المتقدمة في التصنيع لتحقيق عوائد أعلى وتوزيع متساوي. تستكشف Quantum Brilliance الكيوبتات الدورانية المستندة إلى الماس، والتي يمكن أن تعمل في درجات حرارة أعلى (ما يصل إلى بضع كلفن)، مما يقلل من متطلبات التبريد وتعقيد النظام.

بعيداً عن هذه الأنماط الرائدة، تظهر طرق جديدة للأجهزة الكريوجينية. ينقح معهد بول شيرر وغيره من منظمات البحث أنظمة هجينة تجمع بين الكيوبتات الفائقة والدوراني، بهدف استخدام مزايا كل منهما. بالإضافة إلى ذلك، أثبتت شركات مثل Bluefors وOxford Instruments نفسها كمبتكرين في البنية التحتية الكريوجينية، حيث تطور الثلاجات المخففة والبرادات ذات قدرة التبريد الأعلى، والاهتزاز المنخفض، والتكامل المحسن للمعالجات الكمومية على نطاق واسع.

مع النظر إلى الأمام، يتوقع أن تستمر الهياكل الكريوجينية الكمومية بالتطور، مع تركيز على توسيع عدد الكيوبتات، وتقليل معدلات الأخطاء، وتكامل إلكترونيات التحكم الكريوجينية. سيكون التفاعل بين التقدم في الأجهزة والهندسة الكريوجينية حاسمًا لتحقيق أنظمة حوسبة كمومية عملية وقابلة للتوسع بحلول نهاية العقد.

البنية التحتية الكريوجينية: الثلاجات المخففة، إلكترونيات التحكم، والتكامل

تعتبر البنية التحتية الكريوجينية أساسية لتشغيل الأجهزة الكمومية، خاصة بالنسبة للكيوبتات الفائقة والدورانية، التي تتطلب درجات حرارة قريبة من الصفر المطلق للحفاظ على التماسك الكمومي. اعتبارًا من عام 2025، يشهد هذا القطاع تقدمًا سريعًا في الثلاجات المخففة، وإلكترونيات التحكم الكريوجينية، وتكامل الأنظمة، مدفوعًا بطموحات التوسع لكل من الشركات الراسخة في الأجهزة الكمومية والشركات المتخصصة في الكريوجينيات.

تظل الثلاجات المخففة هي العمود الفقري لتبريد المعالجات الكمومية إلى درجات حرارة مللي كلفن. يقود السوق شركات مثل Bluefors وOxford Instruments، اللتين توسعتا في خطوط إنتاجهما لدعم حمولات أكبر وقدرة تبريد أعلى، لتلبية احتياجات الأنظمة الكمومية متعددة الكيوبتات والمعيارية. في عامي 2024 و2025، قدّمت Bluefors نماذج جديدة مع قدرة أسلاك محسّنة وتحسين عملية التثليج، مما يمكّن من دمج المئات إلى الآلاف من الكيوبتات. أيضًا، ركّزت Oxford Instruments على منصات قابلة للتوسع، بالتعاون مع مطوري المعالجات الكمومية لتحسين تصميم الثلاجات في البيئات ذات كثافة الأسلاك العالية والمنخفضة الاهتزاز.

تعتبر إلكترونيات التحكم الكريوجينية منطقة أخرى حيوية للابتكار. تواجه الإلكترونيات التقليدية في درجة حرارة الغرفة تحديات كبيرة في التوسع بسبب انخفاض الإشارة والحمل الحراري الناتج عن الأسلاك. لمعالجة ذلك، تعمل شركات مثل Intel Corporation وCryomind على تطوير رقائق تحكم CMOS الكريوجينية وغيرها من الرقائق المتوافقة مع درجات الحرارة المنخفضة. لقد أظهرت Intel وحدات تحكم كريوجينية قادرة على العمل عند 4 درجات كلفن وما دون، مما يقلل من الحاجة إلى أسلاك شاملة ويحسن من جودة الإشارة. من المتوقع أن تكون هذه التقدمات حاسمة لتوسيع المعالجات الكمومية إلى ما يتجاوز النطاق الحالي الذي يتألف من 100 كيوبت.

يتم تكامل البنية التحتية الكريوجينية مع المعالجات الكمومية بشكل متزايد كجهد تعاوني. تعمل شركة آي بي إم وغيرها من شركات الحوسبة الكمومية الكبرى مثل Rigetti Computing بشكل وثيق مع موردي الكريوجينيات لتصميم أنظمة مثلى تؤهل الأداء الكمومي والموثوقية التشغيلية. على سبيل المثال، يهدف مشروع “الخزانات الفائقة” لـ IBM إلى دعم المعالجات الكمومية المستقبلية بأكثر من 100,000 كيوبت، مما يتطلب قدرة تبريد غير مسبوقة وتكامل النظام.

يتوقع أن تشهد السنوات المقبلة المزيد من التوافق بين الأجهزة الكريوجينية وتصميم المعالجات الكمومية، مع التركيز على المعايير، والأتمتة، والتشغيل عن بُعد. سيكون ظهور المنصات الكريوجينية المعيارية ودمجها القابل للتوصيل والتشغيل هي المحركات الرئيسية لتجارية ونشر أنظمة الحوسبة الكمومية بشكل أوسع.

توقعات السوق: توقعات النمو حتى عام 2030

يبدو أن السوق للأجهزة الكمومية بالتبريد الكريوجيني في سبيله لتحقيق نمو ملحوظ حتى عام 2030، مدفوعًا بزيادة الاستثمارات في تكنولوجيا الكم، وتقدمات في هياكل الكيوبتات الفائقة، وتوسع النظام البيئي لموردي الأجهزة. اعتبارًا من عام 2025، يتميز هذا القطاع بعدد قليل من الشركات الرائدة ومراكز الأبحاث التي تزيد من قدراتها التصنيعية وتعمق التعاون مع كل من أصحاب المصلحة العامة والخاصة.

يتصدر اللاعبين الرئيسيين مثل IBM وIntel وRigetti Computing تطوير المعالجات الكمومية الفائقة، والتي تتطلب أنظمة كريوجينية متطورة للعمل في درجات حرارة مللي كلفن. تستثمر هذه الشركات بشكل كبير في الثلاجات المخففة من الجيل التالي وإلكترونيات التحكم الكريوجيني المتكاملة، بهدف دعم معالجات الكم التي تحتوي على مئات أو حتى الآلاف من الكيوبتات بحلول نهاية العقد. وقد تعهدت IBM بشكل علني بخارطة طريق تشمل توسيع الأنظمة إلى أكثر من 1,000 كيوبت، مع أهداف نشر تجارية مخصصة لأواخر العقد 2020.

يتوسع أيضًا سلسلة توريد الأجهزة الكريوجينية، حيث يقدم المصنعون المتخصصون مثل Bluefors وOxford Instruments ثلاجات مخففة متقدمة وبنية تحتية كريوجينية. هذه الشركات تسجل زيادة في الطلب من كل من الشركات الرائدة في الحوسبة الكمومية والوافدين الجدد، مما يعكس نضوج القطاع سريع. على سبيل المثال، أعلنت Bluefors عن توسيعات في القدرات وخطوط إنتاج جديدة مصممة لتطبيقات الحوسبة الكمومية القابلة للتوسع.

فيما يتعلق بالتوقعات حتى عام 2030، يُشكل السوق عدة عوامل:

• استمرار التمويل الحكومي والمبادرات الاستراتيجية في الولايات المتحدة والاتحاد الأوروبي وآسيا، لدعم كل من البحث وتجارية الأجهزة الكمومية.
• التقدم التقني المستمر في الهندسة الكريوجينية، بما في ذلك الأنظمة المبردة الأكثر كفاءة من حيث الطاقة وتحسين التكامل مع المعالجات الكمومية.
• ظهور جهات جديدة وشراكات، وخاصة مع زيادة مشاركات عمالقة أشباه الموصلات والإلكترونيات مثل Intel وInfineon Technologies في سلاسل توريد الأجهزة الكمومية.
• زيادة الطلب من خدمات الحوسبة الكمومية السحابية، التي تتطلب بنية تحتية كريوجينية قوية وقابلة للتوسع وموثوقة لدعم الوصول متعدد الاستخدامات وسير العمل الكمومي الكلاسيكي الهجين.

بحلول عام 2030، يتوقع إجماع الصناعة أن تصل السوق للأجهزة الكمومية بالتبريد الكريوجيني إلى عدة مليارات من الدولارات، مع معدلات نمو سنوية في خانة العشرات بينما تنتقل المعالجات الكمومية من نماذج مختبرية إلى نشر تجاري. ستعتمد مسار القطاع على الابتكار المستمر في كل من تصنيع الأجهزة الكمومية وعمليات النظام الكريوجيني، بالإضافة إلى قدرة الموردين على تلبية متطلبات الموثوقية والأداء الصارمة للكمبيوتر الكمومي من الجيل القادم.

الابتكارات الناشئة: المواد، والتقليص، وكفاءة الطاقة

تشهد الأجهزة الكمومية بالتبريد الكريوجيني ابتكارات سريعة، مع تركيز قوي على علم المواد، وتقليص حجم الأجهزة، وكفاءة الطاقة. مع احتياج المعالجات الكمومية إلى درجات حرارة قريبة من الصفر المطلق للحفاظ على تماسك الكيوبت، فإن التقدم في الهندسة الكريوجينية أساسي لتوسيع الأنظمة الكمومية في السنوات المقبلة.

في عام 2025، يقوم مطورو الأجهزة الكمومية الرائدون بدفع حدود المواد الفائقة والمُوصلة. تواصل IBM تحسين تصميمات كيوبت الترانسـمون، مستفيدةً من الأفلام من الألمنيوم العالي النقاء والنيوبيوم لتقليل التداخل وتحسين دقة البوابة. تقوم جامعة دلفت للتكنولوجيا وشركة Intel Corporation بتطوير الكيوبتات الدورانية القائمة على السيليكون، التي تعد بزيادة كثافة التكامل والتوافق مع عمليات التصنيع التقليدية لأشباه الموصلات. تعتبر هذه الابتكارات في المواد حاسمة لزيادة أعداد الكيوبتات مع الحفاظ على معدلات أخطاء يمكن التحكم فيها.

التقليص هو اتجاه رئيسي آخر، حيث تنتقل المعالجات الكمومية من نماذج مختبرية إلى هياكل قابلة للتوسع. Rigetti Computing و Oxford Quantum Circuits تقومان بتطوير منصات كريوجينية معيارية مدمجة تجمع الإلكترونيات التحكم قرب طبقة الكيوبت، مما يقلل من فقد الإشارة والحمل الحراري. Bluefors، المزود الرائد للثلاجات المخففة، تتعاون مع شركات الأجهزة الكمومية لتصميم برادات ذات قدرة تبريد أعلى وبصمات أصغر، مما يمكّن من تكامل أكثر كفاءة لمصفوفات الكيوبتات.

تزداد كفاءة الطاقة في التركيز مع توسيع نطاق أجهزة الكم. تستهلك الأنظمة الكريوجينية التقليدية طاقة كبيرة للحفاظ على درجات حرارة المللي كلفن. لمعالجة ذلك، تقدم Oxford Instruments حلولًا كريوجينية من الجيل التالي مع تحسين العزل الحراري ومتطلبات الطاقة المدخلة الأقل. في غضون ذلك، يقوم Seeqc بتطوير رقائق تحكم كلاسيكية كريوجينية، تعمل عند نفس درجات الحرارة المنخفضة للكيوبتات، مما يقلل بشكل كبير من الحاجة إلى الأسلاك التي تنتج الحرارة والإلكترونيات في درجة حرارة الغرفة.

مع النظر إلى الأمام، من المتوقع أن تسارع التقنيات المتقدمة، والبنية التحتية الكريوجينية المقلصة، والإلكترونيات التحكم ذات الكفاءة من حيث الطاقة إلى نشر أجهزة كمومية عملية. تشير خرائط الطريق الصناعية إلى أنه بحلول أواخر العقد 2020، قد تصبح المعالجات الكمومية التي تحتوي على الآلاف من الكيوبتات عالية الدقة ممكنة، شريطة أن تستمر الأجهزة الكريوجينية في التطور بشكل متزامن مع هياكل الأجهزة الكمومية. ستكون السنوات القادمة حاسمة لعرض منصات كمومية كريوجينية قابلة للتوسع وموثوق بها وموفرة للطاقة.

طرق التcommercialization: من مختبرات البحث إلى النشر القابل للتوسع

تُعتبر الأجهزة الكمومية بالتبريد الكريوجيني في مركز الجهود لتحقيق حواسيب كمومية عملية وقابلة للتوسع. اعتبارًا من عام 2025، يتم تعريف مسار تجارية هذه الأنظمة بواسطة انتقالها من إعدادات مختبرات مخصصة إلى منصات متينة وقابلة للتصنيع قادرة على دعم مئات أو الآلاف من الكيوبتات. يقود هذا الانتقال كل من القادة في التكنولوجيا وشريحة جديدة من شركات الأجهزة المتخصصة.

التحدي الأساسي في تجارية الأجهزة الكمومية يكمن في الحفاظ على تماسك الكيوبتات ونزاهتها عند درجات حرارة مللي كلفن، عادة أقل من 20 مللي كلفن. يتطلب هذا ثلاجات مخففة متطورة وإلكترونيات التحكم الكريوجينية المدمجة. ظهرت Bluefors Oy كمزود عالمي رائد للبنية التحتية الكريوجينية، بوProviding ثلاجات مخففة لأغلب مجموعات بحوث الحوسبة الكمومية ومشاريع تجارية. يتم حاليًا تكييف أنظمتهم لزيادة قوة التبريد والمعيارية لدعم طموحات توسيع المعالجات الكمومية.

في جانب المعالجات الكمومية، تواصل شركة آي بي إم الدولية دفع الحدود بقائمة طموحاتها للأنظمة القائمة على الكيوبتات الفائقة. في عام 2023، كشفت IBM عن شريحة “Condor” ذات 1,121 كيوبت، وبحلول عام 2025، تستهدف الشركة نشر أنظمة كمومية معيارية تتضمن الآلاف من الكيوبتات، مستفيدة من التعبئة المتطورة والتكامل الكريوجيني. تتضمن نهج IBM تطوير رقائق تحكم k قريوجينية CMOS، التي تعتبر حاسمة لتقليل تعقيد الأسلاك والحمل الحراري داخل الثلاجات المخففة.

بالمثل، تدفع شركة Intel Corporation تكنولوجيا التحكم الكريوجينية “Horse Ridge” لأعلى، مع التركيز على دمج المزيد من الإلكترونيات التحكم في درجات الحرارة الكريوجينية. من المتوقع أن يكون هذا التكامل عاملًا رئيسيًا يدعم توسيع المعالجات الكمومية، حيث يقلل من الحاجة للأسلاك التقليدية في درجة حرارة الغرفة ويُحسن جودة الإشارة.

يعتبر أيضًا Oxford Instruments plc لاعبًا بارزًا، حيث تقدم حلول كريوجينية وقياسية مصممة لمصممي الأجهزة الكمومية. تس تسارع شراكاتهم الأخيرة مع شركات بدء التشغيل في مجال المعالجات الكمومية والمختبرات الوطنية من توحيد المنصات الكريوجينية، وهي خطوة ضرورية للنشر التجاري الأوسع.

مع النظر إلى المستقبل، من المتوقع أن تظهر المزيد من الأنظمة الكريوجينية القابلة للتركيب مع كثافة موثوقة، وأتمتة، وإمكانية الصيانة. من المتوقع أن تؤدي التقنيات المشتركة في الهندسة الكريوجينية، وتصميم المعالجات الكمومية، والإلكترونيات التحكم المدمجة إلى انخفاض الحواجز أمام الوافدين الجدد وتمكين النشر التجريبي في القطاعين الصناعي والحكومي. بينما تنضج هذه الأنظمة، سيتحول التركيز من العرض المخبري إلى التصنيع القابل للتوسع والتشغيل الميداني المتكرر، مما يمثل نقطة تحول حاسمة في تجارية الأجهزة الكمومية.

المبادرات التنظيمية والتقييسية وصناعية (مثل: ieee.org، qutech.nl)

لقد دفعت التطورات السريعة في الأجهزة الكمومية بالتبريد الكريوجيني إلى جهود تنظيمية وتقييسية وتعاون صناعي كبيرة، خاصة مع اقتراب القطاع من تجارية أوسع في عام 2025 وما بعده. تتطلب المتطلبات الفريدة للأنظمة الكمومية – مثل التشغيل في درجات الحرارة المنخفضة للغاية، والمواد المتخصصة، والتكامل مع الإلكترونيات الكلاسيكية – أطر عمل جديدة ومبادرات تعاونية لضمان إمكانية التفاعل、安全、و可扩展性.

تعتبر IEEE واحدة من أبرز المنظمات في هذا المجال، حيث أقامت المبادرة الكمومية لتطوير معايير لتكنولوجيا الكم، بما في ذلك الأجهزة الكريوجينية. يركز فريق العمل IEEE P7130، على سبيل المثال، على تعريف معيار لمصطلحات الحوسبة الكمومية، وهو أساس للمزيد من المعايير الخاصة بالأجهزة. في عامي 2024 و2025، من المتوقع أن توسع IEEE جهودها لتناول موصلات كريوجينية، وإدارة الحرارة، وتكامل الأنظمة، انعكاسًا لتعقيد المعالجات الكمومية المتزايد والبنية التحتية الداعمة لها.

في أوروبا، لعبت QuTech – وهي معهد بحثي كمومي بارز ومقره في هولندا – دورًا محوريًا في تعزيز التعاون عبر الصناعة. تعد QuTech عضوًا مؤسسًا في اتحاد صناعة الكم الأوروبي (QuIC)، الذي يجمع بين مصنعي الأجهزة والمتخصصين في الكريوجينيات والمستخدمين النهائيين للتوافق بشأن المتطلبات الفنية وأفضل الممارسات. في عام 2025، من المتوقع أن تصدر QuTech وشركاؤها إرشادات مُحدثة لتشغيل الأنظمة الكريوجينية، مع التركيز على المعيارية والتوافق بين المعالجات الكمومية والثلاجات المخففة.

على صعيد التصنيع، تشارك شركات مثل IBM وBluefors بنشاط في جهود التقييس. أكدت IBM، الرائدة في مجال الأجهزة الكمومية الفائقة، على أهمية الواجهات المفتوحة ونشرت المواصفات الفنية لنظامها الكمومي لتعزيز تطور النظام البيئي. تتعاون Bluefors، المزود الرئيسي لأنظمة التبريد الكريوجيني، مع شركاء أكاديميين وصناعيين لتحديد معايير السلامة والأداء للثلاجات المخففة، وهو أمر حاسم للحفاظ على البيئات دون 20 مللي كلفن التي تتطلبها العديد من المعالجات الكمومية.

مع النظر إلى الأمام، من المتوقع أن تزيد الهيئات التنظيمية في الولايات المتحدة والاتحاد الأوروبي وآسيا من تفاعلها مع أصحاب المصلحة في الأجهزة الكمومية. وذلك يشمل تطوير أنظمة الشهادات لمكونات الكريوجينيات وإنشاء بروتوكولات عبر الحدود للنقل الآمن والتشغيل للأنظمة الكمومية. مع نضوج الأجهزة الكمومية، ستحتاج هذه المبادرات التنظيمية والمعيارية إلى أن تكون حاسمة لضمان الموثوقية، وتعزيز الابتكار، وتمكين التوسع العالمي لتقنيات الكريوجينيات الكمومية.

التوقعات المستقبلية: التحديات، والفرص، والطريق إلى الميزة الكمومية

تبدو الأجهزة الكمومية بالتبريد الكريوجيني تجاه أن تكون حجر الزاوية في تطوير تكنولوجيا الكم حتى عام 2025 وما بعده، حيث يسعى القطاع لتحقيق الهدف المراوغ للميزة الكمومية. تظل الحاجة إلى الحفاظ على الكيوبتات – سواء كانت فائقة أو دوارة أو طوبولوجية – في درجات حرارة مللي كلفن تدفع الابتكار في الهندسة الكريوجينية، وعلم المواد، وتكامل الأنظمة.

يستثمر اللاعبون الرئيسيون مثل IBM وBluefors وOxford Instruments وQuantum Machines بشكل كبير في الثلاجات المخففة وإلكترونيات التحكم الكريوجينية من الجيل التالي وحلول الأسلاك القابلة للتوسع. يتميز عرض IBM لعام 2024 لمعالج “Condor” بـ 1,121 كيوبت، المستقر في براد مخصص، مما يبرز حجم وتعقيد الأنظمة الكريوجينية الحديثة. لا يزال Bluefors وOxford Instruments يوسعون خطوط إنتاجهما لدعم أحمال أكبر، وقدرة تبريد أعلى، وأتمتة محسنة، توقعات لاحتياجات المعالجات من الآلاف من الكيوبتات.

رغم هذه التقدمات، لا تزال عدة تحديات قائمة. إن حجم الأسلاك وخطوط التحكم اللازمة للمعالجات الكمومية على نطاق واسع يدخل حمولات حرارية وضوضاء، مهددًا تماسك الكيوبتات. تعمل شركات مثل Quantum Machines على تطوير حلول تحكم مدمجة وحلول CMOS الكريوجينية لتقليل الأثر الحراري وتمكين رفع الشكليات بشكل أكثر كفاءة. تبقى الشوائب المادية والاهتزازات والتداخل الكهرومغناطيسي عقبات كبيرة، مما يستدعي البحث المستمر عن تقنيات درع جديدة ومواد فائقة النقاء.

تتوفر فرص عظيمة لموردي البنية التحتية الكريوجينية، حيث تتزايد الطلب على أنظمة قوية ومرتبة وقابلة للصيانة. قد يقود ظهور “مراكز البيانات الكمومية” – المرافق المركزية المصممة لاستضافة عدة معالجات كمومية – إلى دفع وتيرة التقييس واقتصاديات النطاق في الأجهزة الكريوجينية. تزداد الشراكات بين مصنعي الأجهزة وشركات الحوسبة الكمومية، حيث تتعاون IBM وBluefors على منصات التبريد من الجيل التالي.

مع النظر إلى المستقبل، من المرجح أن يعتمد الطريق نحو الميزة الكمومية على الاختراقات في التكامل الكريوجيني والموثوقية. من المتوقع أن نشهد في السنوات القادمة تقديم ثلاجات كريوجينية أكثر كفاءة ومنحنيات طاقة أقل، بالإضافة إلى أول نشر تجاري لأجهزة كمومية كريوجينية خارج المختبرات. مع نضوج النظام البيئي، سيكون تفاعل الابتكار في الأجهزة وتطوير الخوارزميات الكمومية حاسمًا، حيث ستظل التكنولوجيا الكريوجينية عاملًا أساسيًا لتحقيق التقدم نحو الحوسبة الكمومية العملية.

المصادر والمراجع

• IBM
• Oxford Instruments
• Quantum Design
• Bluefors
• Google LLC
• IBM
• QuTech
• Oxford Instruments
• Bluefors
• Rigetti Computing
• Quantinuum
• Paul Scherrer Institute
• Infineon Technologies
• Rigetti Computing
• Seeqc
• IEEE
• QuTech