شريحة كمومية مبتكرة تنتصر على عقبة كبيرة في المجال

قد قام فيزيائيون كموميون في جامعة كوبنهاغن بتحقيق خطوة كبيرة إلى الأمام في مجال التكنولوجيا الكمومية، وانتصروا على عقبة كبيرة. وقد قام الفريق بتشغيل العديد من الكوبيتات الدوارة بشكل متزامن على شريحة كمومية واحدة، مما سيساهم في قيادة الحواسيب الفائقة.

أحد العوائق الكبيرة التي تعترض طريق تحقيق حاسوب كمومي كبير هو التحكم في العديد من أجهزة الذاكرة الأساسية، أو الكوبيتات، بشكل متزامن. وعندما يتم التحكم في كوبيت واحدة، يحدث عادةً تأثير سلبي بسبب نبضات التحكم المتزامنة المطبقة على كوبيت أخرى.

الفريق الذي انتصر على هذا التحدي كان يتألف من زوج من الفيزيائيين الكموميين في معهد نيلس بور بجامعة كوبنهاغن – طالب الدكتوراه والباحث ما بعد الدكتوراه فريدريكو فيديلي، والأستاذ المساعد أناسوا تشاترجي. وكان الاثنان يعملان في مجموعة الأستاذ المساعد فيرديناند كوميث.

نشرت الدراسة في مجلة الفيزياء الكمومية إكس.

منهج جديد مع الكوبيتات الدوارة

في حين ركزت شركات مثل جوجل وآي بي إم على تكنولوجيا الموصلات الفائقة لمعالجات الكموم، فإن مجموعة البحث تبحث أكثر عن كوبيتات الشبكات الشبه موصلة، أو الكوبيتات الدوارة.

“بصورة عامة، تتكون هذه الكوبيتات من دوارات إلكترونية محبوسة في هياكل نانوية شبه موصلة تسمى نقاط كمومية، بحيث يمكن التحكم في حالات الدوران الفردية وتشابكها مع بعضها البعض،” يقول فيديلي.

يمكن للكوبيتات الدوارة الحفاظ على حالاتها الكمومية لفترة طويلة، مما يمكنها من أداء حسابات أسرع وأكثر دقة من أنواع المنصات الأخرى. وبسبب حجمها الصغير، يمكن وضع المزيد منها على شريحة مقارنة بالمناهج الأخرى. وهذا أمر مهم بالنظر إلى حقيقة أن المزيد من الكوبيتات يؤدي إلى زيادة قوة المعالجة.

تمكنت مجموعة البحث من تصنيع وتشغيل أربعة كوبيتات في مصفوفة 2×2 على شريحة واحدة.

جعل الكوبيتات تتحدث مع بعضها

وفقًا لأناسوا تشاترجي، فإن أحد أهم الأهداف هو جعل الكوبيتات تتحدث مع بعضها.

“الآن بعد أن حصلنا على بعض الكوبيتات الجيدة، فإن الهدف هو ربطها في دوائر يمكنها تشغيل العديد من الكوبيتات، مع الحفاظ على التعقيد الكافي لتصحيح الأخطاء الحسابية الكمومية،” يقول تشاترجي. “حتى الآن، وصلت الأبحاث في الكوبيتات الدوارة إلى النقطة التي تحتوي فيها الدوائر على مصفوفات 2×2 أو 3×3 من الكوبيتات. المشكلة هي أن كوبيتاتهم تتعامل فقط بشكل فردي.”

الدارة الكمومية التي طوّرها الفريق مصنوعة من مادة شبه موصلة هي الغاليوم والزرنيخ، وهي لا تتجاوز حجم البكتيريا.

تشاترجي هو واحد من مؤلفي الدراسة الرئيسيين.

“الشيء الجديد والهام حقًا بشأن شريحتنا هو أننا يمكننا تشغيل وقياس جميع الكوبيتات بشكل متزامن. لم يتم إثبات هذا من قبل مع الكوبيتات الدوارة – ولا مع العديد من أنواع الكوبيتات الأخرى،” يقول تشاترجي.

من أجل أداء حسابات كمومية، من المهم تشغيل وقياس الكوبيتات بشكل متزامن. الكوبيتات حساسة للغاية، وعندما يتم قياسها واحدة تلو الأخرى، يمكن حتى الضوضاء المحيطة الصغيرة أن تغير المعلومات الكمومية في النظام.

“للحصول على معالجات كمومية أكثر قوة، يجب علينا زيادة عدد الكوبيتات، وكذلك عدد العمليات المتزامنة، وهو ما فعلناه بالضبط،” يقول البروفيسور كوميث.

تعتبر إحدى التحديات الكبيرة الأخرى هي أن 48 كهرباء تحكم في الشريحة يجب ضبطها يدوياً، ويجب الحفاظ عليها بشكل مستمر. هذا هو مهمة استهلاك الوقت للبشر، لذلك يبحث الفريق الآن عن طريقة لاستخدام خوارزميات التحسين والتعلم الآلي لتأتمة العملية.