سُجّل رقم قياسي جديد للبوابات الكمومية ثنائية البت الكمومي التي قد تساعد على التغلب على بعض التحديات المستمرة للحوسبة الكمومية، استخدم الباحثون ذرتين مضخمتين إلى حجم هزلي تقريبًا ثم بُردتا إلى جزء صغير فوق الصفر المُطلق لإنشاء البوابة الكمومية ثنائية البت الكمومي التي تعد لبنة البناء الأساسية لأجهزة الكمبيوتر الكمومية الفعالة، قد يؤدي هذا الاختراق إلى نوع جديد من بُنى الكمبيوتر الكمومية التي تكسر القيود الحالية من أجل العمليات الكمومية الخالية من الضوضاء.
تعتمد الحوسبة الكمية اعتمادًا أساسيًا على الكيوبت اختصارًا لمصطلح البت الكمومي، بعكس الحوسبة الكلاسيكية التي تعتمد على البت الكلاسيكي.
البت هو ناقل المعلومات داخل الحاسوب، في الحاسوب الكلاسيكي تُمثّل المعلومات بنظام ثنائي فتكون قيمة هذا البت صفرًا أو واحدًا. بينما في الحاسوب الكمومي، توجد ظاهرة تُعرف بالتراكب الكمي، تمكّن البت الكمومي من أن يكون ذو قيمة صفر وواحد في نفس الوقت، يساهم هذا التراكب أو التشابك بتمثيل بعض الخوارزميات القوية وجعل الحوسبة أفضل وأسرع. أما البوابة ثنائية البت الكمومي فهي عملية منطقية تأخذ اثنين من الكيوبتات، تسمح بقراءة وتشابك الكيوبتات وهي أبسط مكون في الحاسوب الكمي.
جرب العلماء البوابات الكمومية القائمة على مواد مختلفة وحققوا بعض الاختراقات غير العادية، مع ذلك استمرت مشكلة واحدة وهي فك الترابط الكمي بسرعة وسهولة، إن تسريع البوابة هو أفضل طريقة لحل هذه المشكلة، اتجه فريق من الباحثين من المعاهد الوطنية للعلوم الطبيعية في اليابان بقيادة الفيزيائية تشيو نحو استخدام نهج مختلف قليلًا عن المعتاد.
الكيوبتات نفسها هي ذرات معدن الروبيديوم في حالته الغازية، باستخدام أشعة الليزر (التي تستخدم لمعالجة الأجسام ذات المقياس الذري) ، بُردت هذه الذرات إلى الصفر المطلق تقريبًا ووُضعت على مسافة دقيقة بمقياس ميكرون من بعضها البعض باستخدام ملاقط بصرية، ثم دفع الفيزيائيون الذرات بالليزر، أدى هذا إلى دفع الإلكترونات من أقرب مسافة مدارية حول كل نواة إلى مستوى مداري أعلى وأوسع ما أدى إلى نفخ الذرات في أجسام تعرف بذرات ريدبرغ وأنتج هذا تبادلًا دوريًا مدة 6.5 نانوثانية للشكل المداري وطاقة الإلكترون بين الذرات الضخمة.
باستخدام المزيد من نبضات الليزر، تمكن الباحثون من إجراء عملية بوابة كمومية بين الذرتين. قال الباحثون إن سرعة هذه العملية كانت 6.5 نانوثانية أسرع 100 مرة من أي تجارب سابقة مع ذرات ريدبرغ، ما يسجل رقمًا قياسيًا جديدًا للبوابات الكمومية بناءً على هذا النوع المعين من التكنولوجيا، لكنه لا يتفوق على الرقم القياسي العام لأسرع عمليات بوابة كمومية ثنائية البت الكمومي حتى الآن، إذ تحقق ذلك عام 2019 باستخدام ذرات الفوسفور في السيليكون محققًا سرعة تبلغ 0.8 نانوثانية، لكن العمل الجديد ينطوي على نهج مختلف بإمكانه تجنب بعض قيود الأنواع الأخرى.
إضافةً إلى ذلك، قد يساعد استكشاف البنى المختلفة على تقليل أوجه القصور في الأنواع الأخرى، قال الفريق إن الخطوات التالية واضحة إلى حد ما، إنهم يحتاجون إلى استبدال الليزر التجاري بآخر مصمم لغرض معين من أجل تحسين الدقة لأن الليزر يساهم في حدوث الضوضاء.
اقرأ أيضًا:
في حدث تاريخي، الحوسبة الكمية تصل إلى دقة تقارب 99%
ترجمة: تسنيم فندقلي
تدقيق: حسام التهامي
مراجعة: لبنى حمزة
