صُممت هذه الحواسيب العملاقة المبكرة لأغراض جادة: العمل العسكري السري، والأبحاث الأكاديمية، والهندسة المتقدمة، وغير ذلك. في الثمانينيات، كان على أجهزة الكمبيوتر المزودة بهذه القدرات أن تعمل داخل أحواض من سائل التبريد للحفاظ على معالجاتها من الذوبان. اليوم، يمكننا بناء أجهزة كمبيوتر أكثر قوة تناسب جيبك.

لقد أمضى المهندسون عقودًا من الزمن في تقليص حجم أجهزة الكمبيوتر، وبناء أجهزة أخف وزنًا وأكثر قوة. إن كل الإنجازات العلمية والثقافية البارزة التي تحققت خلال النصف الأخير من تاريخ البشرية تعود إلى هذا التقدم.

في عام 1965، وبعد سنوات قليلة من ظهور صناعة أشباه الموصلات، قام المهندس ورجل الأعمال Gordon Moore بتنبؤ. قال إنه يتوقع أن يتضاعف عدد الترانزستورات المعبأة على شريحة واحدة كل عامين على مدار العقد المقبل.

لقد كان هذا ادعاءً جريئًا، ورؤية للمستقبل جريئة مثل تلك التي يعبر عنها رواد حوسبة Quantum اليوم. يعتقد Moore أن المهندسين سيتمكنون من تحقيق إنجازات مذهلة خلال عشر سنوات. ولكنه لم يذهب إلى أبعد من عام 1975 - فقد بدا واضحًا أنه عند نقطة ما سوف ينفد السحر وسوف تتباطأ الأمور.

تنبؤ Moore، الذي أصبح يعرف باسم قانون Moore، استمر لأكثر من عقد من الزمان. كل سنتين أو ثلاث سنوات منذ منتصف الستينيات، تمكن المهندسون من مضاعفة كثافة الترانزستور للرقائق الدقيقة. تقلصت الترانزستورات التي كانت بعرض ألياف الصوف (20 ميكرومتر) في أواخر الستينيات إلى مقاييس مجهرية. في عام 2021، ابتكرت شركة IBM شريحة بأصغر عناصر، بعرض نانومترين فقط، أي أضيق من خيط من الحمض النووي البشري.

للحفاظ على قانون Moore على قيد الحياة على مدى العقود العديدة الماضية، اعتمد المهندسون على خدعة الكيمياء.

في الثمانينيات، اكتشف فريق في IBM طريقة جديدة لطباعة الترانزستورات على الرقائق. قاموا بخلط جزيئات متفرعة تشبه الخيوط في محلول، ثم قاموا بطلاء هذا المحلول - المعروف باسم المقاومة الضوئية - كطبقة رقيقة على سطح رقاقة فارغة.

بمجرد أن يجف المحلول، تلتصق الجزيئات بالسطح. بعد ذلك، أضاء الفريق ضوءًا فوق بنفسجي على هذا السطح من خلال شاشة منقوشة. وتحققت الشاشة من تعرض بعض الجزيئات فقط للضوء، في حين تركت الجزيئات الأخرى في الظل.

تفاعلت الفروع الموجودة على تلك الخيوط الكيميائية تحت الضوء. عندما تفاعلوا، قاموا بتغيير كيفية تصرف المادة المقاومة للضوء، مما جعلها أكثر أو أقل لزوجة. وقام الباحثون بغسل المادة المقاومة للضوء المعرضة للأشعة فوق البنفسجية بالماء. وقد شكلت الجزيئات المتبقية أنماطًا معقدة على رقاقة السيليكون.

اليوم، تعمل هذه الأنماط كدليل لتوصيلات الشريحة الدقيقة. يقوم المصنعون بطباعة الترانزستورات فوق هذه الأنماط، واستخدامها كأدلة لهياكل الحوسبة الدقيقة.

تقول Jeannette Garcia، مديرة أبحاث التطبيقات الكمية والبرمجيات في شركة IBM Quantum: "عندما تنظر إلى هذه الأنماط تحت المجهر، ترى أنه من المذهل مدى أناقة هذه الخطوط، مع حواف واضحة".

إن أهمية الدقة أمر بالغ الأهمية - فأي عدم دقة قد يؤدي إلى أخطاء في عملية التصنيع وينتج عنه رقائق دقيقة عديمة الفائدة.

وقد عملت شركة IBM بشكل وثيق مع شركاء مثل JSR لتحسين هذه العملية، من خلال هندسة المقاومات الضوئية للتحكم الدقيق في شكل الأنماط على مقياس النانومتر.

قال Garcia: "بفضل الكيمياء الدقيقة، يمكنك الوصول إلى أحجام صغيرة بشكل لا يصدق، لا يزيد عرضها عن حجم البوليمرات المقاومة للضوء". "بهذه الطريقة وصلنا إلى عنصر بعرض نانومترين. إنه يعزز قانون Moore."

اليوم، يعتمد قطاع تصنيع الرقائق الدقيقة بأكملها على العملية المقاومة للضوء.

قال Toru Kimura، المدير العام لقسم المواد الإلكترونية في JSR: "في JSR، نفخر بكوننا شركة رائدة عالميًا في إنتاج حلول مقاومة الضوء المتطورة. نوفر المواد الكيميائية الأساسية التي تُعزز قانون Moore في القرن الحادي والعشرين، ونتعاون مع شركاء مثل IBM للارتقاء المستمر بمجموعتنا من مواد مقاومة الضوء".

مثل الرقائق الدقيقة التي يساعدون على تصنيعها، أصبحت هذه المقاومة الضوئية أكثر تعقيدًا منذ التجارب المبكرة في الثمانينيات. مع تطور الكيمياء لدعم الأنماط الدقيقة والأكثر حساسية، تمت إضافة عناصر جديدة إلى المقاومات الضوئية لتحويلها إلى أدوات أكثر دقة. على سبيل المثال، أدخل الباحثون عناصر كيميائية تعرف باسم مولدات الأحماض الضوئية (PAGs) إلى المحلول.

قال Garcia إن مولدات الأحماض الضوئية تعمل إلى حد ما مثل زوارق القَطْر الكيميائية، حيث تعمل على دفع البوليمرات الأكبر إلى مكانها. وعندما يتم استيفاء شروط معينة، سوف تقوم مولدات الأحماض الضوئية بإخراج بروتون يتفاعل مع البوليمرات الموجودة في المادة المقاومة للضوء، مما يجعل الجزيئات قابلة للذوبان بحيث يمكن إزالتها. وعندما يقوم المصنعون بتطوير شرائح دقيقة جديدة، فإنها تعمل مع JSR لتحديد محلول المقاومة الضوئية الدقيق اللازم للحصول على النتائج المرجوة.

قد تستغرق هذه العملية وقتًا طويلًا وتكلفة عالية.

وأضاف Toru: "إن التنبؤ بسلوك مادة مقاومة للضوء جديدة يُعد تحديًا كبيرًا حتى يتم تطويرها في المختبر واختبارها بدقة في ظل ظروف العالم الحقيقي".

إن الكيمياء المعنية معقدة للغاية بحيث لا يمكن حتى لأجهزة الكمبيوتر العملاقة الأكثر قوة في العالم محاكاتها بشكل فعّال.

يقول Toru: "نحن نعتقد أن هذا المجال على وشك التحول". "بالتعاون مع شركائنا القدامى في شركة IBM، نستكشف المحاكاة الكيميائية باستخدام الحواسيب الكمومية. لقد أثبتنا حتى الآن أن الحواسيب الكمومية يمكنها محاكاة الجزيئات الصغيرة التي تشبه عناصر من المقاوم الضوئي".

إن العالم الحقيقي يعمل وفق ميكانيكا الكم، ومن الممكن أن تصبح أجهزة الكمبيوتر الكمومية قريبًا أفضل أدواتنا لمحاكاة ذلك العالم. هذه الحواسيب، التي تخضع الآن لعملية التوسع والتطوير السريع الخاصة بها في IBM Quantum، قد تتمكن يومًا ما من حل المشكلات المعقدة التي تحير حتى أجهزة الكمبيوتر العملاقة الكلاسيكية.

وبمساعدة عمليات محاكاة الكيمياء الحاسوبية، تهدف JSR إلى تطوير مواد مقاومة للضوء جديدة بسرعة أكبر وبتكلفة أقل - وهي ميزة محتملة في توسيع قانون Moore في المستقبل.

تتوقع شركتا IBM وJSR أن تكون الحواسيب الكمومية أدوات قوية لهذا النوع من المحاكاة الكيميائية بمجرد أن تصل إلى الحجم والقوة اللازمين. تعمل JSR مع IBM Quantum اليوم لوضع الأساس لهذا المستقبل.

قال Toru: "نظرًا لأن أجهزة الكمبيوتر الكمومية أصبحت أكثر تقدمًا، فإننا نعمل على أن نكون قادرين على الاستفادة منها لدعم عملنا".

وفي الآونة الأخيرة، نجح فريق بحثي مشترك بين JSR وIBM QUANTUM في محاكاة جزيء أصغر حجمًا له سلوكيات مشابهة لمولدات الأحماض الضوئية. وقد أظهر هذا أنه من حيث المبدأ يجب أن يكون من الممكن محاكاة مولدات الأحماض الضوئية نفسها مع توسع الحواسيب الكمومية.

كل هذا العمل يقودنا نحو مستقبل تحل فيه الحواسيب الفائقة -التي تركز على الكم- مشكلات يستحيل حلها اليوم، مع فوائد قريبة المدى لأبحاث الكيمياء. بالنسبة لشركة JSR، من المتوقع أن يعني هذا إنتاج شرائح كمبيوتر أفضل وأسرع وبتكاليف أقل. وبالنسبة للشركاء الآخرين، قد يعني ذلك تقدمًا في اكتشاف الأدوية أو علم المواد.

تستضيف شركة IBM Quantum اليوم أسطولًا من أنظمة حوسبة Quantum الأكثر تقدمًا في العالم وبرمجيات لتنفيذ الدوائر الكمومية على نطاق واسع. ويمكن لمؤسستك الشراكة مع IBM Quantum لقيادة الأبحاث وبناء المهارات الكمومية.

باستخدام التقنيات التي تم تطويرها من خلال تطوير المواد البوليمرية، تقوم شركة JSR Corporation بتطوير وتوريد العديد من المنتجات الرائدة عالميًا، بما في ذلك مواد الطباعة الحجرية ومواد التخطيط الكيميائي الميكانيكي (CMP) ومواد المعالجة ومواد التعبئة والتغليف، والتي تُعدُّ ضرورية لإنتاج رقائق أشباه الموصلات. ويتم استخدام مواد LCD التي تنتجها شركة JSR ومواد العرض من الجيل التالي في إنتاج شاشات LCD وOLED.