الحوسبة الكمومية
فيزيائيون يطورون حاسوبًا كميًا خاصًا مع 256 قubit
في ما يُعد تقدمًا كبيرًا في الحوسبة الكمومية، قام فريق من الفيزيائيين من مركز هارفارد-إم آي تي للذرات الباردة جدًا وجامعات أخرى بإنشاء نوع خاص من الحاسوب الكمومي. يُسمى هذا النظام محاكن كمومي قابل للبرمجة، ويمكنه العمل مع 256 قubit، أو “قوبيت”. القوبيت هي أساسية لتشغيل الحواسيب الكمومية، وهي مصدر قوتها المعالجة.
يقرب هذا التطور الجديد 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 علم المواد والتكنولوجيا الاتصالية والتمويل ومجالات أخرى كثيرة تواجه حاليًا عقبات في البحث.
نُشر البحث في 9 يوليو في نيتشر.
دفع المجال إلى الأمام
مايكائيل لوكين هو أستاذ جورج فاسمر ليفيريت للفيزياء ومدير مشارك لمبادرة هارفارد الكمومية. كما أنه أحد المؤلفين الرئيسيين للدراسة.
“هذا يحرك المجال إلى نطاق جديد لم يذهب إليه أحد من قبل حتى الآن،” قال لوكين. “نحن ندخل جزءًا جديدًا تمامًا من العالم الكمومي.”
سيبهر عبادي هو طالب في قسم الفيزياء في مدرسة الدراسات العليا للفنون والعلوم ومؤلف الدراسة الرئيسي.
وفقًا لعبادي، الميزات الأكثر تميزًا للنظام هي حجمه وقابليته للبرمجة، مما يجعله واحدًا من أفضل الأنظمة حولها. يمكنه استغلال خصائص المادة في مقاييس صغيرة جدًا، مما يتيح له تعزيز قوة المعالجة. يمكن أن يساعد زيادة القوبيت في تمكين النظام من تخزين ومعالجة كميات كبيرة من المعلومات بشكل أسرع من البتات الكلاسيكية التي تعتمد عليها الحواسيب القياسية.
“عدد الحالات الكمومية الممكنة مع 256 قوبيت فقط يتجاوز عدد الذرات في النظام الشمسي،” قال عبادي.
مكن محاكن من الباحثين مراقبة حالات المادة الكمومية الغريبة، بالإضافة إلى إجراء دراسة انتقال كمومي، 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 غريبة.
النظام الجديد
يعتمد المشروع على منصة طُورت في عام 2017 من قبل الباحثين، ولكن تم تحسينها بشكل كبير هذه المرة. كان قادرًا على الوصول إلى حجم 51 قوبيت في الماضي، وسمح للباحثين بالتقاط ذرات روبيديوم باردة جدًا وترتيبها في ترتيب معين من خلال استخدام مصفوفة أحادية الأبعاد من الأشعة الليزرية المحددة بشكل فردي.
يسمح هذا النظام للذرات بالتجميع في مصفوفات ثنائية الأبعاد من الملاقط البصرية، وهو اسم الأشعة الليزرية. هذا يتيح زيادة حجم النظام من 51 إلى 256 قوبيت. يمكن للباحثين بعد ذلك استخدام الملاقط لترتيب الذرات في أنماط خالية من العيوب وإنشاء أشكال قابلة للبرمجة، مما يتيح تفاعلات مختلفة بين القوبيت.
“الحيوان العامل في هذه المنصة الجديدة هو جهاز يسمى محول الضوء المكاني، الذي يُستخدم لتشكيل موجة光ية لإنشاء مئات من الأشعة الليزرية المحددة بشكل فردي،” قال عبادي. “هذه الأجهزة هي أساسًا نفس ما يُستخدم داخل مشغل الحاسوب لampilkan الصور على الشاشة، ولكننا قمنا بتكييفها لتكون مكونًا حاسمًا في محاكننا الكمومي.”
تُحمَّل الذرات أولاً في الملاقط البصرية بشكل عشوائي قبل أن يتحرك الباحثون الذرات حولها ويرتبوها في هياكل مستهدفة. ثم يُستخدم مجموعة ثانية من الملاقط البصرية المتحركة لسحب الذرات إلى مواقعها المرغوبة، مما يلغي العشوائية الأولية. تتيح الأشعة الليزرية للباحثين التحكم الكامل في وضع القوبيت الذرية وتنقلها الكمومي المتسق.
توت وانغ هو باحث مساعد في الفيزياء في هارفارد وواحد من مؤلفي الورقة.
“عملنا هو جزء من سباق حقيقي ومرئي على نطاق واسع لبناء حواسيب كمومية أكبر وأفضل،” قال وانغ. “الجهد العام [خارج عملنا] ي涉ل مؤسسات بحثية أكاديمية رائدة واستثمار خاص كبير من جوجل وآي بي إم وأمازون والعديد من الشركات الأخرى.”
الآن يعمل الفريق على تحسين النظام من خلال تحسين التحكم بالليزر على القوبيت، بالإضافة إلى جعل النظام أكثر قابلية للبرمجة. وفقًا للباحثين، يمكن أن تشمل التطبيقات الممكنة اختبار أشكال غريبة من المادة الكمومية وحل مشاكل العالم الحقيقي التي يمكن ترميزها بشكل طبيعي على القوبيت.
“هذا العمل يتيح عددًا كبيرًا من الاتجاهات العلمية الجديدة،” قال عبادي. “نحن بعيدون عن الحدود التي يمكن تحقيقها مع هذه الأنظمة.”
