أجهزة الكمبيوتر الكمومية ذات الذرة المحايدة تقترب من الواقع مع اختراقين جديدين

أعاد نشره أفلاطون

المتابعون: 0

تعد أجهزة الكمبيوتر الكمومية ذات الذرة المحايدة بحلول للعديد من المشكلات التي تعاني منها أجهزة اليوم، لكن التكنولوجيا لا تزال ناشئة. تشير الإنجازات الحديثة في القدرة على التحكم في هذه الأجهزة وبرمجتها إلى أنها قد تقترب من وقت الذروة.

تعتمد التكنولوجيا الكمومية الأكثر تطوراً اليوم على الكيوبتات فائقة التوصيل، والتي تعمل على تشغيل معالجات آي بي إم وجوجل. ولكن في حين تم استخدام هذه الأجهزة للتدليل التفوق الكمومي وبناء أكبر كمبيوتر كمي عالمي حتى الآن، لديهم بعض القيود.

في البداية، يجب تبريدها إلى درجة قريبة من الصفر المطلق، الأمر الذي يتطلب معدات تبريد ضخمة ومكلفة. كما أن حالاتها الكمومية هشة للغاية، ولا تدوم عادةً سوى ميكروثانية فقط، وهي قادرة فقط على التفاعل المباشر مع أقرب جيرانها، مما يحد من تعقيد الدوائر التي يمكنها تنفيذها.

تتجنب أجهزة الكمبيوتر الكمومية ذات الذرة المحايدة هذه المشكلات. وهي مبنية من مجموعة من الذرات الفردية التي يتم تبريدها إلى درجات حرارة منخفضة للغاية عن طريق إطلاق أشعة الليزر عليها. لا يحتاج باقي الجهاز إلى التبريد ويمكن ترتيب الذرات الفردية على بعد ميكرومترات فقط، مما يجعل النظام بأكمله مضغوطًا بشكل لا يصدق.

يتم تشفير المعلومات الكمومية في حالات ذرية منخفضة الطاقة ومستقرة جدًا، لذا فإن عمر هذه البتات الكمومية أطول بكثير من تلك فائقة التوصيل. هذا الاستقرار أيضًا يجعل من الصعب جعل الكيوبتات تتفاعل، مما يجعل من الصعب إنشاء التشابكات، التي تعتبر أساسية لمعظم الخوارزميات الكمومية. لكن هذه الذرات المحايدة يمكن وضعها في حالة شديدة الإثارة تسمى أ ولاية ريدبيرجوذلك بإطلاق نبضات ليزر عليها، والتي يمكن استخدامها لتشابكها مع بعضها البعض.

على الرغم من هذه الخصائص الواعدة، فقد تم استخدام هذه التكنولوجيا حتى الآن بشكل أساسي في أجهزة المحاكاة الكمومية التي تساعد على فهم العمليات الكمومية ولكنها غير قادرة على تنفيذ الخوارزميات الكمومية. الآن بالرغم من ذلك، هناك دراستان في الطبيعةبقيادة باحثين من شركات الحوسبة الكمومية كيورا و كولد كوانتالقد أظهروا أنه يمكن استخدام هذه التقنية لتنفيذ دوائر متعددة الكيوبت.

تعالج المجموعتان المشكلة بطرق مختلفة قليلاً. يأخذ فريق QuEra أ نهج جديد للاتصال في أجهزتهم باستخدام أشعة ليزر مركزة بإحكام، والمعروفة باسم الملقط البصري، لتحريك الكيوبتات الخاصة بهم فعليًا. وهذا يمكّنهم من ربطها بسهولة مع الكيوبتات البعيدة بدلاً من الاقتصار على تلك الأقرب فقط. كولدكوaمن ناحية أخرى، قام فريق NTA بتشابك الكيوبتات الخاصة به بواسطة مثيرة في نفس الوقت اثنان منهم في ولاية ريدبيرج.

تمكنت كلا المجموعتين من تنفيذ دوائر معقدة متعددة البتات. وكما لاحظت هانا ويليامز من جامعة دورهام في المملكة المتحدة في مقال لها التعليق المصاحب، فإن النهجين متكاملان.

إن تبديل الكيوبتات فعليًا يعني وجود فجوات طويلة بين العمليات، لكن الاتصال المرن يجعل من الممكن إنشاء دوائر أكثر تعقيدًا. ومع ذلك، فإن نهج ColdQuanta أسرع بكثير ويمكنه تشغيل عمليات متعددة بالتوازي. "إن الجمع بين التقنيات التي قدمتها هاتان المجموعتان من شأنه أن يؤدي إلى منصة قوية ومتعددة الاستخدامات للحوسبة الكمومية." Williams يكتب.

هناك حاجة إلى مجموعة من التحسينات قبل حدوث ذلك، وفقًا لوليامز، بدءًا من الدقة الأفضل للبوابة (مدى قدرتك على إعداد العملية الصحيحة باستمرار) إلى أشكال شعاع الليزر المُحسّنة وأشعة الليزر الأكثر قوة.

يبدو أن كلا الشركتين واثقتان من أن هذا لن يستغرق وقتًا طويلاً. كشفت شركة QuEra بالفعل عن جهاز محاكاة كمي مكون من 256 ذرة في العام الماضي، وفقا لموقعه على الانترنت، حاسوب كمي 64 كيوبت "قريبًا". ColdQuanta أكثر تحديدًا، مع وعد بذلك حاسوب هيلبرت 100 كيوبت سيكون متاحا هذا العام.

لا يزال يتعين علينا أن نرى مدى السرعة التي يمكن بها للذرات المحايدة اللحاق بالتقنيات الرائدة في الصناعة مثل الكيوبتات فائقة التوصيل والأيونات المحاصرة، ولكن يبدو أن منافسًا جديدًا واعدًا قد دخل السباق الكمومي.

حقوق الصورة: Shahadat Rahman on Unsplash

الطابع الزمني: 25 نيسان