الحواسيب الكمومية ستصبح متوفرة قريباً
تقدّمت الحواسيب الكمومية خطوة إلى الأمام عن طريق تطوير معالج كمّي مبرمج مصنوع من السيليكون.
يستخدم الفريق المصّنع طاقة الموجات القصيرة لرصف جسيمين الكترونيين منغمسين في السيليكون، ثم استخدموها لإجراء مجموعة من الحسابات. باستخدام السيليكون، يأمل العلماء أن أجهزة الكمبيوتر الكمية ستكون أكثر سهولة للسيطرة والتصنيع.
وقد نُشر هذا البحث في مجلة Journal Nature.
وتستخدم فكرة تجربة قطة شرودنجر القديمة لوضع إطار أساسي لنظرية الكم. نستخدمها لشرح مفهوم التراكب الغريب والمهم. حيث يمكن أن يتواجد الشيء نفسه في أماكن متعددة في وقت واحد.
بالنسبة لتجربة شرودنجر – كانت الحالتان المتزامنتان للقطة هما (ميتة وحية). مبدأ التراكب هو ما يجعل الحواسيب الكميّة بهذه القوّة.
تعتمد معالجات الكمبيوترات العادية على نقل حزم أو بِت (Bit) من المعلومات، كل واحد منها يمثل إجابة واحدة (نعم أو لا).
المعالجات الكمية مختلفة. إنها لا تعمل على مبدأ ال (نعم أو لا)، ولكن تقوم بدمج الحالتين تقريباً ب (نعم و لا) وتعرف هذه الحالة التوأمية للمعلومات الكمومية بال كيوبتات (qubit ، بتات رباعية).
اقرأ أيضاً على أعجمي:لترى الفضاء أفضل …. إليك مجموعة من الحقائق عن الأقمار الصناعية
-
الارتباط الغير مستقر للمعلومات.
لتسخير قوة الحواسيب الكميّة، يجب ربط كيوبت متعددة معاً، وهذه العملية تسمى بالتشابك.
مع إضافة كل كيوبت، يتم مضاعفة قوة معالج الحاسوب بشكل فعال.
ولكن توليد وربط وحدات الكيوبت، ثم توجيهها لإجراء العمليات الحسابية في حالة متشابكة ليست مهمة سهلة على الإطلاق. فهي حساسة بشكل لا يصدق للقوى الخارجية، والتي يمكن أن تؤدي إلى أخطاء في الحسابات وفي أسوأ الحالات تفشل عملية الكيوبتات المتشابكة.
كل إضافة واحدة للكيوبت، يتزايد احتمالية الآثار المعاكسة لهذه القوى الخارجية بشكل كبير. الطريقة الوحيدة للتعامل مع هذه المشكلة هي تخصيص كيوبتات إضافية، دورها الوحيد هو فحص وتصحيح نتائج البيانات المضللة أو الخاطئة.
وهذا يعني أن الحواسيب الكمومية الأكثر قوة، سوف تحتاج إلى الكثير من البتات، لكي تكون مفيدة في حل المشاكل المعقدة، مثل العمل على كيفية طي البروتينات أو نمذجة العمليات الفيزيائية داخل الذرات المعقدة.
وقال الدكتور توم واتسون (مقره في جامعة ديلفت للتكنولوجيا في هولندا)، وواحد من مؤلفي هذه المقالة لبي بي سي نيوز: “عليك أن تفكر في ما ستحتاجه للقيام بالحوسبة الكمومية المفيدة، والأرقام ليست محددة بشكل جيد جداً فمن المحتمل أن نحتاج الآلاف ربما الملايين من البتات، لذلك نحتاج إلى بناء مجموعة كوبيتات خاصة يمكنها أن تصل إلى هذه الأرقام العالية. ”
وباختصار، إذا كانت أجهزة الكمبيوتر الكمي سوف تأخذ مكان الحواسيب الحالية، نحتاج إلى التوصل إلى طريقة سهلة لتصنيع معالجات كوبيت كبيرة ومستقرة. ويرى الدكتور واتسون وزملاؤه أن هناك حل واضح.
- تمت تجربتها واختبارها
“كما رأينا في صناعة الكمبيوتر، السيليكون يعمل بشكل جيد جداً من حيث قدرته على التوسع باستخدام أساليب التصنيع”، يقول واتسون.
وقد تحول فريق البحث، الذي يضم أيضا علماء من جامعة ويسكونسن ماديسون، إلى استخدام السيليكون لتعليق الكوبتات وحيدة الالكترون التي تم تدويرها عن طريق استخدام طاقة الموجات القصيرة. ففي حالة التراكب، كان الالكترون يدور صعوداً وهبوطاً في آن واحد.
ثم تمكن الفريق من ربط اثنين من البتات الرباعية (كوبيت) وبرمجتها لأداء الحسابات التجريبية.
ويمكن بعد ذلك التحقق من البيانات التي تم إنشاؤها بواسطة معالج السيليكون الكمي ومقارنتها مع تلك التي تم إنشاؤها بواسطة جهاز كمبيوتر عادي يشغل نفس عدد العمليات الحسابية كتجربة.
تطابقت البيانات بالفعل؛ وقد نجح الفريق في بناء معالج قائم على السيليكون ثنائي البتات.
وتعليقاً على هذه الدراسة، قال البروفيسور وينفريد هنسنجر من جامعة ساسكس: “تمكن الفريق من إنشاء بوابة كمية ثنائية البتات بمعدل خطأ معقول جداً، في حين أن معدل الخطأ لا يزال أعلى بكثير من أيون محاصر أو كوبيت أجهزة الكمبيوتر الكمية فائقة التوصيل ، والإنجاز لا يزال ملحوظاً، كما أنّ عزل الكوبيت من الضوضاء أمر صعب للغاية”.
وأضاف: “لا يزال يتعين علينا معرفة ما إذا كانت معدلات الخطأ يمكن أن تتحقق وتتوافق مع مجال الخطأ المسموح به في عملية الحوسبة الكمومية، ولكن من دون شك هذا إنجاز رائع حقا”.
وقد نُشر في ورقة علمية مصاحبة لهذه، تمكن فريق دولي، بقيادة البروفسور جيسون بيتا من جامعة برينستون، من نقل حالة تدوير الإلكترون المعلق في السيليكون إلى حالة تدوير فوتون واحد من الضوء.
وفقا لأستاذ هينسنجر، هذا “إنجاز رائع” سيفيدنا في تطوير أجهزة الكمبيوتر الكمومية القائمة على السيليكون.
وأوضح قائلاً: “إذا تمكّنا من صنع البوابات الكمومية في الحاسوب الكمومي بحالته الصلبة مع معدلات خطأ منخفضة بما فيه الكفاية، سنتمكن من استخدام هذه الطريقة (تدوير الفوتون) لربط وحدات الحوسبة الكمومية المختلفة التي من شأنها أن تسمح ببناء وحدة حواسيب كمّية كاملة”.
مترجم بتصرف عن:BBC – للكاتب:
