عاجل: تم اختراع نوع جديد من الحواسيب الكمّية!
(إنه لأمرٌ مدهشٌ أن أحدًا لم يفكر فيه من قبل)

صمم بعض الباحثون الأستراليون نوعًا جديدًا من (كيوبت – Qubit) – وحدة بناء )الحواسيب الكمّية – Quantum Computers) – التي يقال إنها سوف تجعل في النهاية، من الممكن تصنيع حاسوب كمّي حقيقي.

بشكلٍ عام، هناك حاليًا العديد من الطرق لصناعة الكمبيوتر الكمي، قد يأخذ بعضها مساحةً أقل، ولكنها تميل إلى أن تكون معقدةً بشكلٍ لا يصدق، وقد يكون البعض الآخر أكثر بساطة، ولكن إذا كنت ترغب في توسيع نطاق التصنيع، سيتوجب عليك أن تتخطى بعض العقبات.

بعض الطرق التي تمت تجربتها لالتقاط كيوبت، هي استخدام تكنولوجيا (ترويض الذرة القياسية – Standard atom-taming technology)، مثل: الملاقط البصرية التي يمكن أن تتمسك بجزيئاتٍ صغيرةٍ لمدةٍ طويلة بما فيه الكفاية؛ لتحليل حالاتهم الكمّية.

ويستخدم آخرون، دوائر مصنوعةٍ من مواد فائقة التوصيل؛ للكشف عن تراكب الكمّ داخل التيارات الكهربائية، ويمكن للتكنولوجيا أن تفعّل لعدد صغيرٍ نسبيًا من الكيوبتات، ولكن عندما تنظر للموضوع من زاوية مئات الآلاف منهم داخل جهاز كمبيوتر، يصبح المقياس غير مجدٍ بالمرة.

وبفضل ترميز المعلومات في كلٍ من النواة والإلكترون للذرة، وأصبح بالإمكان التحكم في كيوبت السيليكون الجديد، الذي يطلق عليه: (فليب فلوب كيوبت – Flip-flop qubit)، بإشارات كهربائية، بدلًا من الإشارات المغناطيسية، وهذا يعني أنه يمكن الحفاظ على التشابك الكمّي عبر مسافاتٍ أكبر من أي وقتٍ مضى، مما يجعلها أرخص، وأسهل للاستخدام في تصنيع جهاز كمبيوتر قابل للتطوير.

تقول الباحثة التي قامت بتطوير الكيوبت الجديد، (غيلهيرم توسي – Guilherme Tosi) من جامعة نيو ساوث ويلز في أستراليا: “سواءٌ أكانت قريبةً جدًا، أو متباعدة جدًا، فإن (التشابك) بين الكيوبتات الكمّية – وهو ما يجعل الحواسيب الكمّية خاصة – لا يحدث”.

بينما يقع كيوبت فليب فلوب الجديد في بقعةٍ آمنةٍ بين هذين النقيضين، مما يقدم تشابكًا كمّيًا حقيقيًا عبر مسافة مئات النانومترات.

وبعبارةٍ أخرى، قد يكون هذا ما كنا ننتظره تحديدًا لجعل الحواسيب الكمّية القائمة على السيليكون قابلة للتطوير.

ولكي نكون واضحين، فإننا لا نملك حتى الآن إلا مخططًا للجهاز لم يتم بناؤه حتى الآن، ووفقا لزعيم الفريق، (أندريا موريلو – Andrea Morello)، يعادل التطوير في هذا المجال أهميةً، الورقة البحثية الأساسية في المجلة البحثية (الطبيعة – Nature)، للعالم (بروس كين – Bruce Kane) في عام 1998م، التي بدأت فيها حركة الحوسبة الكمّية باستخدام السيليكون.

يقول موريلو: “مثل ورقة كين، إنها نظريةٌ ومقترح، ولكن لم يتم بعد بناء الكيوبت، ولدينا بعض البيانات التجريبية الأولية، التي تشير إلى أنه من الممكن جدًا؛ لذلك فإننا نعمل على إثبات هذا، ولكن أعتقد أن التجربة حالمة، ومشجعة للعمل عليها تمامًا، كما ورقة كين الأصلية”.

يعمل كيوبت فليب فلوب بالتخبط عن طريق ترميز المعلومات على كلٍ من إلكترون، ونواة ذرة الفوسفور المزروعة داخل رقاقة السيليكون، ومتصلة بنمط من الأقطاب الكهربائية، ثم يتم تبريد كل شيء إلى ما يقارب الصفر المطلق، ومن ثم التغطية في مجال مغناطيسي.

ثم يتم تحديد قيمة الكيوبت من خلال مجموعات من خاصية ثنائية تدعى: (سبين)، إذا كانت تدور لأعلى بالنسبة للإلكترون، وللأسفل بالنسبة للنواة، ويمثل الكيوبت القيمة الإجمالية للرقم (1)، وبالطبع إذا تم عكس الوضع المسبق تصبح القيمة (0)، مما يمنح الفرصة لاستخدامات أكثر، لحالات الدوران في العمليات الكمّية.

وفي كيوبت فليب فلوب، تمكن الباحثون من السيطرة على الكيوبت باستخدام حقلٍ كهربائيٍ، بدلًا من الإشارات المغناطيسية، الذي يعطي ميزتين، ومن الأسهل أن تقوم بعملية التكامل الرياضية مع الدوائر الإلكترونية العادية، والأهم من ذلك، أنه يعني أيضا أن للكيوبت إمكانية التواصل عبر مسافاتٍ أكبر.

ويقول توسي: “لتشغيل هذا الكيوبت، ستحتاج إلى سحب الإلكترون قليلًا مبتعدًا، عن النواة، وذلك باستخدام الأقطاب الكهربائية في الأعلى، ومن خلال القيام بذلك، فإنك تقوم أيضًا بإنشاء ثنائي قطب كهربائي”.

(هذه هي النقطة الحاسمة)، هكذا استطرد موريلو، وتابع: “تتفاعل هذه الثنائيات القطبية الكهربائية مع بعضها البعض على مسافاتٍ كبيرةٍ نسبيًا، يمكننا أن نقول حوالي 1000 نانومتر”.

“وهذا يعني أنه يمكننا الآن وضع كيوبتات ذرةٍ واحدةٍ على مسافاتٍ أبعد بكثيرٍ مما كان يعتقد سابقًا؛ ولذلك فإن هناك الكثير من المساحات لتتخلل المكونات الكلاسيكية الرئيسية، مثل: الترابطات، وأقطاب التحكم وأجهزة القراءات، مع الحفاظ على طبيعة (البت الكمّي – Quantum Bit) المشابهة للذرة”، “وقد يكون تصنيعها أسهل الأجهزة الذرية، ولكنها لا تزال تسمح لنا بوضع مليون كيوبت على نطاقٍ لا يتعدى مليمتر مربع”.

وما يشير إليه كيوبت فليب فلوب الجديد، هو التوازن الذي يمكن أن يجعل أجهزة كمبيوتر الكمّ في المستقبل صغيرةً، وربما بأسعارٍ معقولة، يقول موريلو: “إنه تصميمٌ رائعٌ، ومثل العديد من هذه المفاهيم والابتكارات، إنه لأمرٌ مدهش أن أحدًا لم يفكر فيه من قبل”.

  • ترجمة: علي كريمة.
  • تدقيق: رجاء العطاونة.
  • تحرير: زيد أبو الرب.

المصدر