لقد كانت الحوسبة الكمومية لفترة من الزمن الأمل في حل مشكلات المستقبل المعقدة، ووُصفت أيضًا بأنها نذير هلاك أنظمة الترميز الحالية، لكن التحجيم كان بمثابة نقطة ضعف.
يواجه هذا المجال تحديًا يتمثل في تحجيم الحواسيب الكمومية إلى ملايين من الكيوبت، والقياس يؤدي دورًا أساسيًا في تصحيح أخطاء الخوارزميات الكمومية وتطوير تطبيقات كمومية صاخبة ذات قياس متوسط. علاوةً على ذلك، فإن الطرق الحالية لقراءة الكيوبت والتلاعب بها مرهقة وباهظة الثمن.
في الأنظمة الحالية، تُنقل إشارات الموجات الصغرى من أجهزة إلكترونية بحرارة الغرفة إلى رقاقات كمومية موجودة داخل ثلاجات التخفيف المبردة في درجات حرارة تبلغ ميلي كلفن، وهذا يشمل نقل الإشارات عبر كابلات متحدة المحور، وتلك الطريقة لم تعد عملية إلى حد معين.
جاء في تقارير موقع (أزيدأوكوانتيم – AZoQuantum) بأن من الممكن زيادة هذه المجموعة نحو 1000 كيوبت، ولكن التحجيم يفوق التكلفة والقدرة على تحمل شحنة الحرارة بشكل ملحوظ.
تكمن المشكلة الحقيقية في التصميم التقليدي الذي لا يستطيع تحمل وصل أسلاك إضافية وتبديد الحرارة الصادرة عن التحجيم إلى ذلك الحد.
حلول مُبشرة:
يمكن الدمج المتجانس أن يكون حلًا لهذه المشكلة؛ فبدمج الكيوبت بإحكام مع أجهزة موجات صغرى ومتحكمة واستبدال بأسلاك التحجيم الكبرى رقاقة تجميع وكتل دارة كهربائية. يمكن التخفيف من جهد الحرارة الإيجابي وآثار النظام.
يقدم الدمج المتجانس مزايا منهجية مثل تحسين إمكانات مدخل الإشارة ومخرجاتها والتقليل من تأخر الاستجابة. إضافةً إلى ذلك، يقلل من الاعتماد على أحزمة الأسلاك المكثفة التي تُعد مصدرًا أساسيًا لجهد الحرارة وتعقيداتها.
لكنه يتطلب مولدة نبضات موجات صغرى مبردة متماسكة تكون متناسبة مع الدارات الكهربائية الكمومية فائقة التوصيل. وكشفت دراسة جديدة عن مصدر مماثل للإشارة يعتمد على إشارات رقمية يبعث موجات صغرى بمرحلة جيدة التحكم وشديدة وترددات موجهة مباشرًة إلى درجات حرارة ميلي كلفن.
يقترح الفريق الذي كشف عن هذه الدراسة صنع رقاقة مولدة نبضات موجات صغرى مبردة متماسكة، ويستعينون بدارات كهربائية فائقة التوصيل داخل معالج خالٍ لتحكمٍ أدق في التردد والشدة والمرحلة بواسطة التلاعب بالتدفق الرقمي المغناطيسي عبر جهاز تداخل كمومي فائق التوصيل موضوع داخل مرنان فائق التوصيل.
يحتوي جهاز الفريق على λ/2 مرنان دليل موجات متحد المستوى مع جهاز تداخل كمومي فائق التوصيل في منتصف الموصل. ويعمل الجهاز الذي يتميز بتقاطعي جوزيفسون متوازيين كأنبوب محفز يسمح لخصائص المرنان أن تتلاءم بواسطة تدفقات مغناطيسية متغيرة.
تضمنت معامل التحفيز في الجهاز الذي يوجد بداخله المرنان كلًا من معامل تحفيز تدفق تابعة للجهاز ومعامل تحفيز مرنان دليل موجات متحد المستوى، وقد تمت الاستعانة بدارة كهربائية كمومية ثلاثية الأبعاد بتصميم ديناميكي كهربائي من أجل القراءة.
استخدم الباحثون في تجربتهم تقاطعات مقاومة بدرجة حرارة الغرفة تتراوح بين 50 Ω و 270 Ω، مكافئ لعامل التحفيز بدءًا من 58 pH إلى 310 pH في تدفق بدرجة صفر. تُقدر هذه القيم نحو 3.1% إلى 11.6% من معامل التحفيز الإجمالي للجهاز الذي يوجد بداخله المرنان.
استعان الفريق بغية التحكم بمولد النبضات بمولد موجات عشوائي بمعدل معين نحو 1 GHz، وهذا المولد يوصل التدفق المطلوب المتجاوز إلى مصدر الإشارة في بيئة المبرد. وفيما بعد جرى تكبير مدخلات مصدر الموجات الصغرى المبردة باستخدام مجموعة من المكبرات على درجات حرارة مختلفة.
الأثر والاحتمالية:
أظهرت رقاقة الفريق المولدة لنبضات الموجات المصغرة المبردة المتماسكة ثباتًا منقطع النظير في توليد نبضات فوتون الموجات المصغرة، ويعد هذا تقدمًا ملحوظًا نظرًا لموارد فوتون الموجات المصغرة السابقة المستخدمة في بيئات مبردة.
تمكن درجة التماسك العالية التراكب الملائم، فيتولد مجال واسع من إشارات الموجات المصغرة، وقد يقود هذا الاكتشاف العلمي إلى أجهزة حاسوبية كمومية فائقة التوصيل موصلة على مقياس كبير.
نُشر هذا البحث على مجلة Nature communication.
اقرأ أيضًا:
هل تستطيع الحوسبة الكمومية حماية الذكاء الاصطناعي من الهجمات السيبرانية؟
رقم قياسي جديد في الحوسبة الكمومية أساسه وحدة معالجة مركزية مؤلفة من ستة كيوبتات
ترجمة: خضر نعامة
تدقيق: تمام طعمة
