تُعد الحواسيب الكمية أدوات حوسبة عالية الأداء، إذ تعتمد في عملها على آليات مدروسة في ميكانيكا الكم التي تدرس التفاعل بين الجسيمات مثل الإلكترونات والذرات مع العالم الملموس، وقد تساعد على حل العديد من المشكلات الحالية بسرعات فائقة، ما سيوفر الوقت والجهد في العديد من المجالات.
يأمل العلماء أن تُشكل نقلة نوعية في مجال الحوسبة، لكن تقف بعض العوائق في الطريق نحو اعتماد هذه التقنية الفريدة من نوعها والاستفادة منها استفادة كاملة.
ولضمان عمل الحواسيب الكمية، يجب أن تكون الوحدة الأساسية للمعلومات المتكاملة لتشغيلها التي تسمى البتات الكمومية مستقرة وسريعة.
تُمثل البتات الكمومية عبر الحالات الكمية الثنائية البسيطة أو التطبيقات الملموسة المتنوعة التي تُبين عملها عبر مراقبة إلكترون داخل مصيدة ضوئية.
يكمن التحدي في التحكم بالحالة الكمية لهذه الإلكترونات المحجوزة، خاصةً الحركة الاهتزازية لها.
أفادت دراسة نُشرت في مجلة فيزيكال ريفيو ريسيرش، نجاح الباحثين في إيجاد حلول ممكنة لتخطي محدودية البتات الكمية في مجال الحوسبة الكمية، إذ درسوا نظامين يُطبق فيهما مبادئ ميكانيكا الكم تطبيقًا مختلفًا، لكن يوجد تداخل بينهما.
هذه الأنظمة على الترتيب كانت دارة فائقة النقل للإلكترونيات ونظام اقتران أيونات الإلكترون.
أثبتت الدراسة إمكانية الاستفادة من كلا النظامين للتحكم في درجة حرارة الإلكترونات وحركتها.
يقول الأستاذ المساعد في معهد كومابا للعلوم التابع لجامعة طوكيو ألتو أوسادا: «وجدنا طريقة تسمح لنا بتبريد الإلكترون وقياس حركته داخل مصيدة ضوئية، مع الحفاظ على الحالة الكمية السائدة له في الخلاء، مع هذا التقدم الملحوظ، يمكن الاستفادة من تلك الإلكترونات في مجال التقنيات القائمة على مبادئ ميكانيكا الكم، مثل الحوسبة الكمية».
اقترح الباحثون عددًا من الأنظمة؛ لتجريب الإلكترونات المحجوزة أحدها كان دراسة التفاعل الحاصل بين إلكترون وأيون عالق ودارات فائقة النقل ضمن ما يُسمى مصيدة بول.
تنص قوانين الفيزياء المعروفة أن الأيونات والإلكترونات تحمل شحنات متعاكسة، ما يقتضي حدوث قوة تجاذب بينهما، ما يُعرف بقانون كولوم في التجاذب.
تُساعد كتلة الإلكترون الخفيفة على حدوث تفاعلات قوية جدًا مع الدارات الناقلة والأيونات.
اكتشف الباحثون إمكانية التحكم بدرجة حرارة الإلكترونات عبر استخدام الحقول الميكروية وإشعاعات الليزر الضوئية.
وهناك مقياس مهم آخر استخدمه الباحثون لقياس نجاح حساباتهم وهو وضع الفوتون للإلكترون.
تصف الفوتونات وحدة طاقة تُسبب الاهتزاز، وفي هذه الدراسة، حالة تأرجح الإلكترون العالق.
وصل الباحثون إلى النتيجة المطلوبة، التي هي قراءة يظهر فيها فوتون واحد، ودخول الإلكترون في حالة تبريد، ما يعني التجمد الإلكتروني.
تمكن الباحثون من تحقيق ذلك عبر تحليل الأنظمة الكمية المهجنة.
أوضح أوسادا أنه: «بالإمكان تطبيق عمليات فعالة والحصول على نتائج عالية الدقة عبر استخدام نظام فيه إلكترونات محجوزة، ما يساعد على تطوير التقنيات الكمية».
مستقبلًا، يهدف الباحثون إلى إجراء المزيد من البحوث التجريبية للتأكد من فائدة هذه الطرق في مجال الحوسبة الكمية. مثلًا، يسعى كل من شارك في الدراسة إلى إجراء تجربة تُثبت عمل هذه الاكتشافات قطعًا.
يقول أوسادا: «نُخطط الآن لتطبيق كل ما توصلنا إليه اليوم في تجربة جديدة مبنية على دراسة الإلكترونات المحجوزة في تجويف موجة ميكروية. وسيمكنا ذلك من التقدم نحو إجراء عمليات كمية أكثر دقة، ما سيزيد من نجاح اعتماد الحوسبة الكمومية على نطاق أوسع».
اقرأ أيضًا:
في حدث تاريخي، الحوسبة الكمية تصل إلى دقة تقارب 99%
المغانط الصغيرة قد تكون بوابة لتطوير حواسيب كمية جديدة
ترجمة: طاهر قوجة
تدقيق: تسبيح علي
