يفتح هيكل السيليكون الجديد هذا بوابة لأجهزة الكمبيوتر الكمومية
في الآونة الأخيرة ، في بحث تم إجراؤه في جامعة برينستون ، أظهر العلماء القدرة على التحكم بدقة في سلوك بتتين كميتين ، وبالتالي فتح الباب أمام إنشاء أجهزة معقدة ومتعددة كيوبت أو يمكنك قول أجهزة الكمبيوتر الكمومية.
يفتح هيكل السيليكون الجديد هذا بوابة لأجهزة الكمبيوتر الكمومية
في بحث تم إجراؤه في جامعة برينستون ، أظهر العلماء القدرة على التحكم بدقة في سلوك بتات كمومية ، وبالتالي فتح الباب أمام إنشاء أجهزة معقدة ومتعددة كيوبت. قد تكون أجهزة الكمبيوتر الكمومية “قاب قوسين أو أدنى” من أجل استخدام أكثر حداثة.
يعد هذا التطور خطوة مهمة في صنع كمبيوتر كمي باستخدام المواد اليومية. قاد هذا البحث باحثون في جامعة برينستون قاموا ببناء قطعة رئيسية من أجهزة السيليكون قادرة على التحكم في السلوك الكمي بين إلكترونين بدقة متناهية. نُشرت الدراسة في 7 ديسمبر في مجلة Science.
عملية الخلق
قام الفريق ببناء بوابة تتحكم في التفاعلات بين الإلكترونات بطريقة تسمح لها بالعمل بمثابة أجزاء كمية من المعلومات ، أو كيوبتات ، مطلوبة للحوسبة الكمومية. يعد عرض بوابة الخطأ المكونة من 2 كيوبت تقريبًا خطوة أولى مهمة في بناء جهاز حوسبة كمومية أكثر تعقيدًا من السيليكون ، وهي نفس المادة المستخدمة في أجهزة الكمبيوتر التقليدية و smartphones.
“كنا نعلم أننا بحاجة إلى هذه التجربة لتنجح إذا كان للتكنولوجيا القائمة على السيليكون مستقبل من حيث توسيع وبناء جهاز كمبيوتر كمي. أشار جيسون بيتا ، أستاذ الفيزياء في جامعة برينستون ، إلى أن إنشاء هذه البوابة عالية الدقة المكونة من 2 كيوبت يفتح الباب أمام تجارب واسعة النطاق.
من المحتمل أن تكون الأجهزة القائمة على السيليكون أقل تكلفة وأسهل في التصنيع من التقنيات الأخرى للحصول على كمبيوتر كمي. على الرغم من أن مجموعات وشركات بحثية أخرى قد أعلنت عن أجهزة كمية تحتوي على 50 كيوبت أو أكثر ، فإن هذه الأنظمة تتطلب مواد غريبة مثل الموصلات الفائقة أو الذرات المشحونة الموجودة في مكانها بواسطة الليزر.
يمكن لأجهزة الكمبيوتر الكمومية حل المشكلات التي يتعذر الوصول إليها من خلال أجهزة الكمبيوتر التقليدية. يمكن للأجهزة توليد أعداد كبيرة جدًا أو إيجاد الحلول المثلى للمشكلات المعقدة. بالإضافة إلى ذلك ، يمكنهم أيضًا مساعدة الباحثين على إدراك الخصائص الفيزيائية للجزيئات الصغيرة للغاية ، مثل الذرات والجزيئات ، مما يؤدي إلى تقدم في مجالات مثل علم المواد واكتشاف الأدوية.
يتطلب بناء جهاز كمبيوتر كمي من الباحثين إنشاء كيوبتات وربطها ببعضها البعض بدقة عالية. تستخدم الأجهزة الكمومية القائمة على السيليكون خاصية الإلكترون الكمومية تسمى “الدوران” لمعالجة المعلومات. يمكن أن يشير الدوران لأعلى أو لأسفل بطريقة مماثلة للقطبين الشمالي والجنوبي للمغناطيس. في المقابل ، تعمل أجهزة الكمبيوتر التقليدية عن طريق التلاعب بشحنة الإلكترون السالبة.
لقد أعيق تحقيق دوران عالي الأداء يعتمد على الجهاز الكمومي بسبب هشاشة حالات الدوران – فهي تنجرف بسهولة من أعلى إلى أسفل أو العكس ، ما لم يكن من الممكن عزلها في بيئة نقية جدًا. من خلال بناء أجهزة السيليكون الكمومي في مختبر Princeton Quantum Device Nanoprobe ، تمكن العلماء من الحفاظ على تناوب ثابت.
لبناء بوابة ثنائية الكيوبت ، وضع الفريق أسلاكًا صغيرة من الألمنيوم على بلورة سيليكون عالية الترتيب. توفر الأوتار ضغوطًا تحمل إلكترونين بسيطين ، مفصولين بحاجز طاقة ، في بنية مثالية تسمى النقطة الكمومية المزدوجة.
أجهزة كمبيوتر ذات قوى خارقة
من خلال تقليل حاجز الطاقة مؤقتًا ، يسمح الإجراء للإلكترونات بمشاركة المعلومات الكمومية ، مما يؤدي إلى إنشاء حالة كمومية خاصة تسمى التشابك الكمومي. هذه الإلكترونات المحاصرة والمتشابكة جاهزة الآن للاستخدام كوحدات كيوبت ، والتي تشبه بتات الكمبيوتر التقليدية ، ولكن مع “قوى خارقة”. هذا لأنه في حين أن البتة التقليدية يمكن أن تمثل صفرًا أو 1 ، فإن كل كيوبت يمكن أن يكون صفرًا و 1 ، مما يزيد من عدد التباديل الممكنة التي يمكن مقارنتها على الفور.
أظهرت الأبحاث أن بإمكانهم الحفاظ على دوران الإلكترون في حالاتهم الكمومية بدقة أكبر من 99٪ وأن البوابة تعمل بشكل موثوق لتحويل دوران الكيوبت الثاني حوالي 75٪ من الوقت. التكنولوجيا لديها القدرة على التوسع إلى المزيد من الكيوبتات مع معدلات خطأ أقل.
وبالتالي ، فإن استخدام المزيد من التقنيات والمواد “الرخيصة” سيسمح بإدخال الحوسبة الكمية في السيناريوهات اليومية وتكييفها مع الاحتياجات التي تُستخدم فيها أجهزة الكمبيوتر التقليدية الآن. ثم نتحدث عن تحقيق نتائج أعلى بكثير مما اعتدنا عليه ، وبالتالي ، قد يكون التغيير هائلاً.
حسنا، ماذا تعتقد بشأن هذا؟ ما عليك سوى مشاركة جميع آرائك وأفكارك في قسم التعليقات أدناه.
