فيزيائيون يطورون حاسوبًا كميًا خاصًا مع 256 قبيط

في ما يُعد تطورًا كبيرًا في الحوسبة الكمومية، قام فريق من الفيزيائيين من مركز هارفارد-إم آي تي للذرات الباردة و جامعات أخرى بإنشاء نوع خاص من الحاسوب الكمومي. يُسمى هذا النظام محاكن كمومي قابل للبرمجة، ويمكنه العمل مع 256 قبيط كمومي، أو “قوبيت”. القوبيت هي أساسية لتشغيل الحواسيب الكمومية، وهي مصدر قوتها.

التطور الجديد يقربنا من تحقيق آلات كمومية كبيرة النطاق، والتي يمكن استخدامها لاكتساب رؤية عميقة في العمليات الكمومية المعقدة. كما يمكن أن يكون لها آثار كبيرة في مجالات مثل علوم المواد، وتكنولوجيا الاتصالات، والتمويل، وغيرها من المجالات التي تواجه حاليًا عقبات في البحث.

نُشر البحث في 9 يوليو في نيتشر.

دفع الحقل إلى الأمام

مايكل لوكين هو أستاذ الفيزياء في جامعة هارفارد ومدير مبادرة هارفارد الكمومية. وهو أيضًا واحد من المؤلفين الرئيسيين للدراسة.

“هذا يحرك الحقل إلى مجال جديد لم يذهب إليه أحد من قبل،” قال لوكين. “نحن ندخل جزءًا جديدًا تمامًا من العالم الكمومي.”

سيبهر عبادي هو طالب في الدراسات العليا في الفيزياء في جامعة هارفارد ومؤلف الدراسة الرئيسي.

وفقًا لعبادي، الميزات الأكثر تميزًا للنظام هي حجمه وقابليته للبرمجة، مما يجعله واحدًا من أفضل الأنظمة حولها. يمكنه استغلال خصائص المادة على مستويات صغيرة جدًا، مما يسمح له بتعزيز قوة المعالجة. زيادة القوبيت يمكن أن تساعد النظام على تخزين ومعالجة كميات أكبر من المعلومات بشكل أسرع من البتات الكلاسيكية، والتي تعتمد عليها الحواسيب التقليدية.

“عدد الحالات الكمومية التي يمكن أن تحقق مع 256 قوبيت يفوق عدد الذرات في النظام الشمسي،” قال عبادي.

مكن المحاكن الباحثين من ملاحظة حالات كمومية غير عادية للمادة، بالإضافة إلى إجراء دراسة انتقالية كمومية، والتي كانت دقيقة جدًا وأظهرت كيفية عمل المغناطيسية على المستوى الكمومي.

وفقًا للباحثين، يمكن أن تساعد هذه التجارب العلماء على تعلم كيفية تصميم مواد جديدة ذات خصائص غير عادية.

النظام الجديد

يعتمد المشروع على منصة طُورت في عام 2017 من قبل الباحثين، ولكنها تم تحسينها بشكل كبير هذه المرة. كانت قادرة على الوصول إلى حجم 51 قوبيت في الماضي، وأمكنها تمكين الباحثين من التقاط ذرات روبيديوم باردة جدًا وترتيبها في ترتيب معين باستخدام مصفوفة أحادية الأبعاد من الأشعة الليزرية المتركزة بشكل فردي.

يسمح هذا النظام للذرات بالتجميع في مصفوفات ثنائية الأبعاد من المخالب الضوئية، وهو اسم الأشعة الليزرية. هذا يسمح بزيادة حجم النظام من 51 إلى 256 قوبيت. يمكن للباحثين بعد ذلك استخدام المخالب لترتيب الذرات في أنماط خالية من العيوب وإنشاء أشكال قابلة للبرمجة، مما يسمح بالتفاعلات المختلفة بين القوبيت.

“العامل الرئيسي في هذه المنصة الجديدة هو جهاز يسمى محدّد الضوء المكاني، والذي يتم استخدامه لتشكيل موجة ضوئية لإنشاء مئات من الأشعة الليزرية المتركزة بشكل فردي،” قال عبادي. “هذه الأجهزة هي نفسها التي يتم استخدامها داخل مشغل الحاسوب لتعرض الصور على الشاشة، ولكننا قمنا بتعديلها لتكون جزءًا حاسمًا من محاكننا الكمومي.”

تُحمّل الذرات أولاً إلى المخالب الضوئية بشكل عشوائي قبل أن يتحرك الباحثون الذرات ويرتبوها في هندسات مستهدفة. ثم يتم استخدام مجموعة ثانية من المخالب الضوئية المتحركة لسحب الذرات إلى مواقعها المرغوبة، مما يزيل العشوائية الأولية. تسمح الأشعة الليزرية للباحثين بالسيطرة الكاملة على موقع القوبيت الذرية وتنقلها الكمومي.

توت وанг هو باحث مساعد في الفيزياء في جامعة هارفارد وواحد من مؤلفي الورقة.

“عملنا هو جزء من سباق عالمي حار جدًا لإنشاء حواسيب كمومية أكبر وأفضل،” قال وانگ. “الجهد العام (خارج عملنا الخاص) ي涉ل مؤسسات بحثية أكاديمية رائدة واستثمار خاص كبير من جوجل، آي بي إم، أمازون، وغيرها الكثير.”

الفريق يعمل الآن على تحسين النظام من خلال تحسين التحكم بالليزر على القوبيت، بالإضافة إلى جعل النظام أكثر قابلية للبرمجة. وفقًا للباحثين، يمكن أن تشمل التطبيقات المحتملة استكشاف أشكال غير عادية للمادة الكمومية وحل مشاكل العالم الحقيقي التي يمكن ترميزها بشكل طبيعي على القوبيت.

“هذا العمل يسمح بمجموعة كبيرة من الاتجاهات العلمية الجديدة،” قال عبادي. “نحن لم نصل بعد إلى حدود ما يمكن القيام به بهذه الأنظمة.”