تعد Intel واحدة من أولى الشركات التي تستكشف طرقًا لتحقيق إمكانات الكيوبتات القائمة على الدوران في السيليكون في الحوسبة الكمومية. تدعي الشركة أن البتات الكمومية المغزلية في السيليكون، والتي تستخدم دوران إلكترون واحد في جهاز سيليكون لإجراء حسابات كمومية، تقدم العديد من المزايا مقارنة بنظيراتها الأكثر شيوعًا، وهي الكيوبتات فائقة التوصيل.
الحوسبة الكمومية هي الأخبار القادمة بفضل قدرتها الكامنة على التعامل مع المشاكل التي لا تستطيع أجهزة الكمبيوتر التقليدية اليوم حلها. ويأمل العلماء والصناعات أن تعمل الحوسبة الكمومية على تسريع التقدم في مجالات مثل الكيمياء أو تطوير الأدوية، والنمذجة المالية، وحتى التنبؤ بالمناخ.
من أجل تحقيق إمكانات الحوسبة الكمومية، بدأت إنتل في عام 2015 برنامجًا بحثيًا مشتركًا مصممًا لتطوير نظام الحوسبة الكمومية الذي يمكن إنتاجه تجاريًا.
على الرغم من التقدم الكبير الذي تم إحرازه، إلا أن الأبحاث في مجال الحوسبة الكمومية لا تزال في بداياتها. يمكن القول أن الصناعة في بداية ماراثون الحوسبة الكمومية. من أجل تحقيق نموذج الحوسبة الجديد، يجب حل العديد من المشاكل ويجب اتخاذ العديد من القرارات المعمارية. على سبيل المثال، ليس من الواضح بعد ما هي بنية المعالجات الكمومية. ولهذا السبب تعمل إنتل في اتجاهين بحثيين مهمين باستثمارات متطابقة في كليهما.
أحد الأشكال الممكنة هو الكيوبتات المبنية على الكيوبتات فائقة التوصيل. تحرز شركة Intel تقدمًا سريعًا في تطوير هذا النوع من الرقائق في نفس الوقت الذي تدرس فيه هيئات أخرى في الصناعة والأوساط الأكاديمية هذا الاتجاه. بالإضافة إلى ذلك، تدرس إنتل إنشاء هيكل بديل يعتمد على خبرة الشركة الشهيرة في إنتاج ترانزستورات السيليكون. تسمى هذه البنية البديلة بالبتات الكمومية وقد تساعد في حل بعض العقبات العلمية التي تعيق تحول الحوسبة الكمومية من البحث إلى الواقع.
ما هو الكيوبت الدوراني؟
تشبه البتات الكمومية إلى حد كبير المكونات الإلكترونية وترانزستورات أشباه الموصلات كما نعرفها اليوم. إنها توفر قدرتها الكمومية من خلال استغلال دوران إلكترون واحد في جهاز السيليكون والتحكم في الحركة عن طريق نبضات الموجات الدقيقة الصغيرة.
الإلكترونات قادرة على احتواء الدوران في اتجاهات مختلفة. عندما يدور الإلكترون للأعلى، تشير البيانات إلى قيمة ثنائية تبلغ 1. وعندما يدور الإلكترون للأسفل، تشير البيانات إلى قيمة ثنائية تبلغ 0. ومع ذلك، على غرار كيفية عمل الكيوبتات فائقة التوصيل، قد توجد هذه الإلكترونات أيضًا في حالة تراكب. وهذا يعني احتمال الدوران لأعلى ولأسفل في نفس الوقت. في مثل هذا الدوران، يمكن للبتات الكمومية الدورانية نظريًا معالجة مجموعات ضخمة من البيانات في نفس الوقت، وهو أسرع بكثير من الكمبيوتر الكلاسيكي.
لماذا دراسة الكيوبتات الدورانية؟
أحد التحديات التي يجب على الباحثين التغلب عليها لجعل الحوسبة الكمومية حقيقة تجارية هي الطبيعة الهشة للغاية للكيوبتات. يمكن أن يؤدي أي ضجيج أو حتى ملاحظة غير مقصودة إلى فقدان البيانات. وتتطلب هذه الهشاشة أن تعمل في درجات حرارة منخفضة للغاية، مما يشكل تحديات في تصميم المواد التي تصنع منها الرقائق نفسها وإلكترونيات التحكم اللازمة لتمكينها من العمل. تعتبر البتات الكمومية فائقة التوصيل كبيرة جدًا وتعمل في أنظمة بحجم برميل سعة 209 لترًا. هذه الأبعاد تجعل من الصعب توسيع نطاق الأنظمة الكمومية إلى ملايين الكيوبتات اللازمة لإنشاء نظام تجاري مفيد حقًا.
على عكس الكيوبتات فائقة التوصيل، توفر الكيوبتات الدورانية العديد من المزايا لمواجهة هذه التحديات:
إنها صغيرة وقوية: الأبعاد الفيزيائية للبتات الكمومية المغزلية أصغر بكثير ومن المتوقع أن يكون وقت تماسكها أطول (الوقت الذي تكون فيه قادرة على الحفاظ على المعلومات سليمة)، وهي خاصية تمثل ميزة للباحثين الذين يهدفون إلى توسيع النظام إلى ملايين الكيوبتات التي ستكون مطلوبة للنظام التجاري.
وهي قادرة على العمل في درجات حرارة أعلى: فالبتات الكمومية السيليكونية قادرة على العمل في درجات حرارة أعلى من الكيوبتات فائقة التوصيل (1 كلفن مقابل 20 ألف كلفن). ستعمل هذه القدرة على تقليل تعقيد النظام المطلوب لتشغيل الرقائق بشكل كبير وتسمح بدمج مكونات التحكم الإلكترونية بشكل أقرب إلى المعالج. تبحث إنتل وشريكتها في البحث الأكاديمي، QuTech، في تنشيط البتات الكمومية المغزلية عند درجة حرارة أعلى وقد حققت حتى الآن نتائج مثيرة للاهتمام تصل إلى 1 كلفن (أي أكثر سخونة بـ 50 مرة) من الكيوبتات فائقة التوصيل. وسيقدم فريق البحث النتائج في اجتماع الجمعية الفيزيائية الأمريكية (APS) في مارس.
خبرة إنتل في التصنيع: تصميم معالجات الكيوبت الكمي يشبه إلى حد كبير التقنيات التقليدية لتصنيع ترانزستورات السيليكون. وعلى الرغم من التحديات العلمية والهندسية التي ينطوي عليها توسيع نطاق التكنولوجيا، فإن شركة إنتل تمتلك المعدات والبنية التحتية التي اكتسبتها على مدى عقود من إنتاج الترانزستورات بكميات كبيرة.
ما هي حالة البحث في الكيوبتات المغزلية؟
هذا الأسبوع، في المؤتمر السنوي للجمعية الأمريكية لتقدم العلوم (AAAS)، عرضت شركة QuTech نجاحها في إنشاء حاسوب كمي ثنائي الدوران يمكن برمجته لتنفيذ خوارزميتين كميتين بسيطتين. يمهد هذا التطور الطريق لمعالجات أكبر قائمة على الكيوبت قادرة على تنفيذ تطبيقات أكثر تعقيدًا. لقراءة مقال آخر حول هذا الموضوع، انتقل إلى مقال الطبيعة.
وبالإضافة إلى ذلك، طورت إنتل عملية تصنيع للبتات الكمومية المغزلية بتقنية 300 ملم تستخدم فيها رقائق السيليكون الخالية من النظائر التي تم إنتاجها خصيصًا لإنتاج رقائق البتات الكمومية المغزلية لأغراض الاختبار حيث يتم استخدام تقنيات الترانزستور المتقدمة الأخرى لشركة إنتل وبدأت الشركة في اختبار أول رقائق السيليكون. ومن المتوقع أنه خلال بضعة أشهر ستتمكن من إنتاج عدد كبير من رقائق السيليكون كل أسبوع. يحتوي أحدها على آلاف مصفوفات الكيوبت الصغيرة.
وفي الوقت نفسه، ستواصل إنتل وQuTech أبحاثهما في الكيوبتات الموصلة والقائمة على الدوران على النظام الكمي بأكمله أو "المكدس" - بدءًا من أجهزة الكيوبت وحتى بنيات الأجهزة والبرامج اللازمة للتحكم في الأجهزة وكذلك التطبيقات الكمومية. كل هذه العناصر ضرورية لتطوير الحوسبة الكمومية من مرحلة البحث إلى الواقع.
شكرًا لتشان تاردونسكي للمساعدة في تحرير المقال
تعليقات 5
لقد كنت في حيرة من أمري مع درجات الحرارة. كالفين؟ 50 مرة؟ ما هو عليه في كلمات بسيطة؟ كم درجه
وسيكون من الجيد أيضًا معرفة ما إذا كانت درجة الحرارة الجديدة المطلوبة ستسمح لجهاز كمبيوتر شخصي مزود بتقنية التبريد
والتي يمكن أن تكون مناسبة للعمل في منزل خاص أو على الأقل في المكتب. ربما حتى في سيارة خاصة.
على أية حال، يبدو أن هناك طفرة أخرى نحو أجهزة الكمبيوتر القوية التي تجمع بين سرعة المعالجة
من المدهش أن الجمع بين الذكاء الاصطناعي سيدخلنا إلى عصر مأخوذ مباشرة من كتب الخيال العلمي.
إيلي إسحاق هو مدرس خاص لعلوم الكمبيوتر والرياضيات حتى درجة الماجستير
بحلول الوقت الذي تصل فيه الكيوبتات إلى الحوسبة المكتبية، ستصل تكنولوجيا التبريد لأجهزة الكمبيوتر الخاصة باللاعبين (مقابل بضع مئات من الشواقل) إلى مستوى درجة الحرارة المطلوبة. أعتقد أنه بحلول ذلك الوقت سيتم أيضًا إصدار ألعاب مناسبة.
حقا تغيير كبير. فبدلاً من سالب 273 درجة تقريبًا، فقط سالب 272.15
تدور ليس منعطفا!
وهذه خاصية تذكرنا بالدوران، لكن لو كان دورانًا بالفعل لكان أعلى من سرعة الضوء، وهو أمر مستحيل وفقًا للنظرية النسبية الخاصة.
كل الاحترام !!