لأول مرة، حول الفيزيائيون معالجًا كميًا إلى حالة من المادة يبدو أنها تتحدى قوانين الفيزياء، وهو اختراق قد يكون خطوة نحو جعل الحوسبة الكمومية أكثر عملية.
تعد الحواسيب الكمومية بتوسيع أنواع الخوارزميات التي يمكن تشغيلها بسرعة وعملية، ما يسرع البحث في العديد من المجالات من فيزياء الجسيمات إلى علم الأدوية إلى الأرصاد الجوية.
أحرز تقدم هائل في تطوير أسس التكنولوجيا، ولكن في ظل هذا التطور، تصبح الأخطاء عقبة رئيسية.
يأمل فريق من الفيزيائيين من الصين والولايات المتحدة في جعل التكنولوجيا أقل عرضة للأخطاء في أثناء توسعها، بجعل الكمبيوتر الكمومي يتصرف تجريبيًا مثل شكل قوي من أشكال البلورة الزمنية .
البلورات الزمنية هي مجموعات من الجسيمات التي تظهر أنماطًا متكررة. عندما تتردد الأنماط التي تشكل البلورات العادية مثل الألماس والكوارتز عبر الفضاء ثلاثي الأبعاد، تتحرك البلورات الزمنية دوريًا مثل البندول، متأرجحةً عبر الزمن.
ما يجعلها فريدة قدرتها على فعل ذلك في غياب -أو على النقيض من- دفعة محركة. تتذبذب البلورات الزمنية في أدنى حالات طاقتها بإيقاعها الخاص، مثل طفل يركل في أرجوحته في تحد لدفعات والديه المتكررة.
اقترح الفيزيائي الشهير فرانك ويلتشيك عام 2012 فكرة البلورات الزمنية، التي لاقت في البداية نصيبها من الشكوك.
منذ ذلك الحين، أثبت عدد من الأنظمة ذات السلوكيات الشبيهة بالبلورات الزمنية تجريبيًا، ما يزود المهندسين بأداة جديدة مثبتة لقياس وتشكيل العالم، وبحل محتمل لمشكلة الدقة في الحوسبة الكمومية.
عندما تقتصر الحوسبة النموذجية على المنطق المبني باستخدام الأشكال الثنائية الممثلة بالرقمين 1 و0، فإن كيوبتات الحوسبة الكمومية أكثر ملاءمة لأنواع فريدة من العمليات الحسابية، ما يسمح بحل الخوارزميات المعقدة في خطوة واحدة.
الكيوبت هو حالة من عدم اليقين الكمي، يشبه طاولة لعب الورق الفارغة قبل أن يكشف الموزع عن لون المجموعة، أحمر أم أسود. تمامًا كما يمكن لعداد البطاقات استخدام الاحتمالات لصالحه، تستخدم الحوسبة الكمومية الإمكانيات الكامنة في الكيوبت لإجراء العمليات الحسابية. ينشئ دمج الكيوبتات عبر التشابك الكمي نظامًا أكبر، ما يعدل الاحتمالات بطرق أكثر فائدة وبتزايد.
لسوء الحظ، يمكن للكيوبتات التشابك مع أي شيء تقريبًا في بيئتها، ما يؤدي إلى الخلط العشوائي لبطاقات جديدة وإخراج البرنامج عن مساره. إن توسيع مجموعة الكيوبتات إلى الآلاف المطلوبة يزيد احتمالية تسرب الضوضاء غير المرغوبة.
اقتُرحت البلورات الزمنية وسيلةً لتقليل الأخطاء الكمية سابقًا، مع أن التطبيق العملي أثبت أنه يمثل تحديًا.
أحد أنواع البلور الزمني، النوع الموصوف بأنه «طوبولوجي»، له ميزة على الأنواع الأخرى. في حين تظهر التذبذبات المعزولة خصائص بلورية زمنية داخل منطقة معينة من الجسيمات التي تتكرر في الفضاء، فإن بلورة الزمن الطوبولوجي تظهر تأرجح البندول ميزةً شاملة لنظام أكثر عمومية، بفضل ظاهرة التشابك الكمي ذاتها.
هذا الانتشار المعمم لنشاط التذبذب أقل عرضة للتداخل المحلي، ما يحافظ على تأرجح البندول في حركة مثالية حتى مع دفع المناطق المعزولة داخل النظام وتحريكها خارج المحاذاة.
ببرمجة شكل مستقر من الحوسبة الكمومية فائقة التوصيل لإظهار سلوك بلورات زمنية طوبولوجية، وجد الفريق أنه يمكن إنشاء نظام كمي أقل عرضة للتداخل.
عند اختباره، تمكن النظام من التعامل مع مستوى معقول من الضوضاء المحاكاة في البيئة، مع الحفاظ على استقراره نسبيًا.
عكست التجربة أيضًا إمكانية استخدام دوائر فائقة التوصيل مماثلة لاستكشاف عالم الحركة غير المتوازنة التي تمثلها البلورات الزمنية.
إثباتًا للمفهوم، قد يكون للتذبذب الغريب للبلورات الزمنية مكانًا مهمًا في مستقبل التكنولوجيا.
اقرأ أيضًا:
اختراع أول بلورة زمنية فوتونية ثنائية الأبعاد.. لكن ما فائدتها؟
تشكيل بلورة زمنية باستخدام حاسوب غوغل الكمومي
ترجمة: لور عماد خليل
تدقيق: نور حمود
