منصة Qubit الجديدة الثورية يمكنها تحويل الحوسبة الكمومية
رسم توضيحي لمنصة الكيوبت المكونة من إلكترون واحد على نيون صلب. قام الباحثون بتجميد غاز النيون إلى مادة صلبة عند درجات حرارة منخفضة للغاية، ورش الإلكترونات من المصباح الكهربائي على المادة الصلبة، وحبس إلكترونًا واحدًا هناك لتكوين كيوبت. مصدر الصورة: Dafei Jin / Argonne National Laboratory
لا شك أن الجهاز الرقمي الذي تستخدمه لعرض هذه المقالة يستخدم البت، والذي يمكن أن يكون إما 0 أو 11، كوحدة معلومات أساسية.
ومع ذلك، يتسابق العلماء في جميع أنحاء العالم لتطوير نوع جديد من الكمبيوتر يعتمد على استخدام الفتات الكمومية، أو الكيوبتات ، والتي يمكن أن تكون في الوقت نفسه 0 و1و1كن أن تحل يومًا ما مشاكل معقدة تتجاوز أي أجهزة كمبيوتر عملاقة كلاسيكية.
أعلن فريق بحثي بقيادة علماء في مختبر أرغون الوطني التابع لوزارة الطاقة الأمريكية (DOE)، بالتعاون الوثيق مع أستاذ الهندسة الميكانيكية في كلية FAMU -FFSU،وي جو، عن إنشاء منصة كيوبت جديدة تبشر بخير كبير.
ليتم تطويرها إلى أجهزة كمبيوتر كمومية في المستقبل. تم نشر عملهم في مجلة Nature .
قال جو، أحد مؤلفي الورقة البحثية: “يمكن أن تكون أجهزة الكمبيوتر الكمومية أداة ثورية لإجراء العمليات الحسابية المستحيلة عمليًا لأجهزة الكمبيوتر الكلاسيكية، ولكن لا يزال هناك عمل يتعين القيام به لجعلها حقيقة”.
“من خلال هذا البحث، نعتقد أن لدينا اختراقًا يقطع شوطًا طويلاً نحو صنع كيوبتات تساعد في تحقيق إمكانات هذه التكنولوجيا.”
ابتكر فريق العلماء الكيوبت الخاص به عن طريق تجميد غاز النيون في مادة صلبة عند درجات حرارة منخفضة للغاية، ورش الإلكترونات من المصباح الكهربائي على المادة الصلبة، وحبس إلكترون واحد هناك.
FAMU-FSU College of Engineering أستاذ مشارك في الهندسة الميكانيكية Wei Guo. الائتمان: جامعة ولاية فلوريدا
في حين أن هناك العديد من الخيارات لأنواع كيوبت ، اختار الفريق أبسطها – إلكترون واحد. يمكن أن يؤدي تسخين خيوط ضوء بسيطة مثل التي قد تجدها في لعبة طفل إلى إطلاق إمداد غير محدود من الإلكترونات بسهولة.
تتمثل إحدى السمات المهمة للكيوبتات في قدرتها على البقاء في حالة 0 أو 1 متزامنة لفترة طويلة، تُعرف باسم “وقت التماسك”.
هذا الوقت محدود، ويتم تحديد الحد الأقصى بالطريقة التي تتفاعل بها الكيوبتات مع بيئتها. يمكن أن تؤدي العيوب في نظام الكيوبت إلى تقليل وقت التماسك بشكل كبير.
لهذا السبب، اختار الفريق حبس إلكترون على سطح نيون صلب عالي النقاوة في فراغ. النيون هو واحد من ستة عناصر خاملة فقط، مما يعني أنه لا يتفاعل مع العناصر الأخرى.
قال Dafei Jin ، عالم Argonne والباحث الرئيسي في المشروع: “بسبب هذا الخمول، يمكن أن يكون النيون الصلب أنظف مادة صلبة ممكنة في الفراغ لاستضافة وحماية أي كيوبتات من التعطل”.
باستخدام مرنان فائق التوصيل على نطاق رقاقة – مثل فرن الميكروويف المصغر – تمكن الفريق من معالجة الإلكترونات المحاصرة، مما سمح لهم بقراءة وتخزين المعلومات من الكيوبت ، مما يجعلها مفيدة للاستخدام في أجهزة الكمبيوتر الكمومية في المستقبل.
استخدم البحث السابق الهيليوم السائل كوسيط لعقد الإلكترونات. كان من السهل جعل هذه المادة خالية من العيوب، لكن اهتزازات السطح الخالي من السوائل يمكن أن تزعج بسهولة حالة الإلكترون وبالتالي تعرض أداء الكيوبت للخطر.
يوفر النيون المصمت مادة بها عيوب قليلة لا تهتز مثل الهيليوم السائل. بعد بناء منصتهم، أجرى الفريق عمليات كيوبت في الوقت الفعلي باستخدام فوتونات الميكروويف على إلكترون محاصر ووصف خصائصه الكمومية.
أظهرت هذه الاختبارات أن النيون الصلب يوفر بيئة قوية للإلكترون مع ضوضاء كهربائية منخفضة جدًا لإزعاجها. الأهم من ذلك، أن الكيوبت قد حقق أوقاتًا متماسكة في الحالة الكمومية منافسة للكيوبتات الحديثة الأخرى.
قال جين إن بساطة منصة الكيوبت يجب أن تفسح المجال لتصنيع بسيط ومنخفض التكلفة.
يكمن وعد الحوسبة الكمومية في قدرة تقنية الجيل التالي هذه على حساب مشاكل معينة بشكل أسرع بكثير من أجهزة الكمبيوتر التقليدية.
يهدف الباحثون إلى الجمع بين أوقات الاتساق الطويلة وقدرة وحدات كيوبت متعددة على الارتباط ببعضها البعض – المعروف باسم التشابك.
وبالتالي يمكن لأجهزة الكمبيوتر الكمومية أن تجد إجابات للمشكلات التي قد يستغرق حلها الكمبيوتر الكلاسيكي سنوات عديدة.
ضع في اعتبارك مشكلة حيث يرغب الباحثون في العثور على أقل تكوين للطاقة لبروتين مصنوع من العديد من الأحماض الأمينية.
يمكن أن تطوى هذه الأحماض الأمينية بتريليونات الطرق التي لا يمتلك أي كمبيوتر تقليدي ذاكرة للتعامل معها.
باستخدام الحوسبة الكمومية، يمكن للمرء استخدام الكيوبتات المتشابكة لإنشاء تراكب لجميع التكوينات القابلة للطي – مما يوفر القدرة على التحقق من جميع الإجابات الممكنة في نفس الوقت وحل المشكلة بشكل أكثر كفاءة.
قال جو: “سيحتاج الباحثون فقط إلى إجراء عملية حسابية واحدة، بدلاً من تجربة تريليونات من التكوينات المحتملة”.
المصدر: scitechdaily
شاهد المزيد:
