العلماء يجدون قطعة الأحجية المفقودة. حل مهندسو جامعة نيو ساوث ويلز بسيدني مشكلة حيرت العلماء للعقود: وهي كيف تسيطر بإحكام على ملايين الكيوبت في شريحة سيليكون في حاسوب كمومي دون شغل مساحة ثمينة باستخدام مزيد من الأسلاك. تعد هذه المشكلة عقبة هائلة في طريق تطوير الحواسيب الكمومية القياسية، لكن تغلبنا على هذه المشكلة بفضل المهندسين الذين طوروا تقنية جديدة تتمكن من التحكم في الملايين من سبين الكيوبتات spin qubits (التي تعمل في الحواسيب الكمومية التي تعتمد على خاصية اللف الذاتي للإلكترونات المخزنة في بتات كمومية) في نفس الوقت.
صرح رئيس الفريق البحثي الأستاذ جاريد بلا وهو عضو هيئة تدريس في كلية الهندسة الكهربية والاتصالات بجامعة نيو ساوث ويلز في بيان صحفي: «حتى الآن، كنا نتحكم في الكيوبتات المبنية على اللف المغزلي بتوليد تيار داخل سلك بجانب الكيوبتات؛ ما يولد موجات مغناطيسية ميكروية».
وأضاف جاريد بلا: «بدايةً تنخفض قوة الحقل المغناطيسي كلما ابتعدنا عن المركز؛ لذا يمكننا فقط التحكم في تلك الكيوبتات القريبة من السلك، ما يعني أننا نحتاج إلى المزيد والمزيد من الأسلاك للتحكم في الكثير من الكيوبتات ما سيشغل مساحة كبيرة على الرقاقة».
فضلًا عن ذلك، فإن الرقاقة يجب أن تعمل في درجات حرارة بالغة البرودة؛ وإضافة المزيد من الأسلاك سيولد الكثير من الحرارة في الرقاقة ما سيضف أداء الكيوبتات.
العثور على القطعة المفقودة من الأحجية
قال الفريق البحثي إنه وجد «قطعة الأحجية المفقودة» في هندسة الحواسيب الكمومية في ورقة بحثية نُشرت، ما سيمكّنهم أخيرًا من التحكم في ملايين الكيوبتات بغية حل عمليات حسابية معقدة للغاية.
ارتكز حل الفريق إلى إعادة النظر في هندسة بناء رقاقة السيليكون برمتها؛ فبحث الفريق في احتمالية توظيف حقل مغناطيسي مولَد من فوق الرقاقة في تشغيل جميع الكيوبتات آنيًا حلًا بديلًا لاستخدام آلاف من أسلاك التحكم المتموضعة فوق جهاز سيليكون ضئيل به ملايين الكيوبتات.
طرح الخبراء في تسعينيات القرن المنصرم مفهوم التحكم في كل الكيوبتات آنيًا لأول مرة، وفقًا للبيان الصحفي، لكن لم يجد أحد طريقة للتطبيق هذه الفكرة إلى الآن.
الحل: عازل رنان
يكمن حل المشكلة التي دامت عقودًا في إضافة مكون جديد فوق رقاقة السيليكون؛ وهو منشور بلوري يؤدي وظيفة عازل رنان، ويكمن الحل أنه عند توجيه الموجات الميكروية إلى العازل، إذ يركز العازل الطول الموجي للموجات الميكروية إلى أطوال غاية في الصغر، حتى يحقق المهندسون «تحويلًا عالي الكفاءة للموجات الميكروية إلى مجال مغناطيسي قوي كفاية للتحكم في اللف الذاتي للإلكترونات المخزنة في جميع الكيوبتات».
أوضح بلا: «يوجد نوعان من الابتكارات الرئيسة هنا: الابتكار الأول لا يتعين فيه ضخ الكثير من الطاقة للحصول على مجال قوي للكيوبتات، ما يعني أننا لن نولد قدرًا كبيرًا من الحرارة، أما الابتكار الثاني يكمن في جعل المجال مغناطيسي موحدًا للغاية عبر الرقاقة حتى تختبر ملايين الكيوبتات نفس المستوى من التحكم».
عندما اختُبرت تقنية الرنان نجحت، واليوم، وبفضل هذا التطور، قد يفرق بيننا وبين أجهزة الكمبيوتر الكمومية التي تحتوي على آلاف الكيوبتات المخصصة لمعالجة المشكلات التجارية المهمة أقل من عقد من الزمان.
قال بلا: «في حين أن هناك تحديات هندسية يجب حلها قبل أن تُصنع معالجات بمليون كيوبت، فإننا متحمسون لحقيقة أن لدينا الآن طريقة للتحكم فيها».
يعد الهدف التالي للفريق هو تسخير هذه التقنية الجديدة؛ لتيسير تصميم معالجات السيليكون الكمومية على المدى القريب.
وفضلًا عن ذلك، تمتلك تقنية الحوسبة الكمومية القدرة على المساعدة في حل مشكلة تغير المناخ، وتطوير الأدوية واللقاحات، وفك تشفير الأكواد، والذكاء الاصطناعي.
اقرأ أيضًا:
قفزة مهمة في السباق نحو حوسبة كمومية
انجاز من شانه تبسيط تقنيات تصنيع الحواسيب الكمومية
ترجمة: مي مالك
تدقيق: تسبيح علي
