في الطريق إلى أجهزة الكمبيوتر الكمومية: يقوم الباحثون بإنشاء عازل كمي لحل فشل النظام

التحرك نحو إنشاء كمبيوتر كمي: ابتكر الباحثون عازلًا كميًا طوبولوجيًا يمكنه التغلب على واحدة من أكبر المشكلات في طريق إنشاء كيوبتات مستقرة

ابتكر باحثون من جامعة رايس "خطًا إلكترونيًا سريعًا"، يمكن أن يساهم في بناء حاسوب كمي. في ورقتهم البحثية، التي نُشرت في مجلة Physical Review Letters، يصفون كيف قاموا بإنشاء "عازل طوبولوجي كمي". يعد الجهاز خطوة مهمة على طريق إنشاء جسيمات كمومية تقوم بتخزين المعلومات ومعالجتها.

تستخدم أجهزة الكمبيوتر العادية البتات الثنائية. يتم تمثيل كل حرف على جهاز الكمبيوتر بسلسلة طويلة من 0 و1. يمكن أن يكون كل بت في الحالة 0 أو الحالة 1، لكن لا يمكن أن يكون كلاهما. من ناحية أخرى، يوجد البت الكمي (qubit) في كلتا الحالتين - وهذا ممكن بسبب خصوصيات عالم الجسيمات الكمومية.

تزيد هذه الازدواجية بشكل كبير من عدد التمثيل والإمكانيات الحسابية للكمبيوتر الكمومي. ويقول البروفيسور روي روي دو، أحد أعضاء فريق الباحثين: "من حيث المبدأ، لا نحتاج إلى عدد كبير من الكيوبتات من أجل إنشاء حاسوب قوي". من أجل التوضيح، "المعالج الدقيق العادي الذي يحتوي على مليار ترانزستور يساوي تقريبًا معالجًا كميًا يحتوي على 1 كيوبت فقط". وهذا يمنح أجهزة الكمبيوتر الكمومية ميزة كبيرة على أجهزة الكمبيوتر العادية، في مجالات مثل التشفير والتشفير، والنمذجة المناخية، والمحاكاة البيولوجية.

في محاولاتهم الطويلة الأمد لإنشاء حاسوب كمي، حاول العلماء في جميع أنحاء العالم التوصل إلى طرق مختلفة لإنشاء كيوبتات مستقرة. ومن أصعب المشاكل التي تواجههم هي كيفية إنشاء كيوبت لا تتأثر معلوماته أو تدمر بالتقلبات الكمومية (التقلبات). معنى التقلبات الكمومية هي الجسيمات والجسيمات المضادة التي يتم إنشاؤها وبعد فترة قصيرة تختفي - تسمى بالجسيمات الافتراضية، ومن السهل أن نفهم لماذا قد تلحق الضرر بعملية تشغيل الكمبيوتر الكمي.

ومن أجل معالجة المشكلة، تصور العلماء فكرة "الحوسبة الكمومية الطوبولوجية". الحل هو التأكد من أن كل كيوبت يتكون من زوج من الكميات الثابتة التي تشترك في نفس الهوية الافتراضية. ولكن هناك مشكلة - الجسيمات من هذا النوع، والتي تسمى "فرميونات ماجورانا" لم يتم إنشاؤها أو ملاحظةها مطلقًا - وهي اليوم نظرية تمامًا.

تمتلك الجسيمات المضادة نفس خصائص الجسيمات، باستثناء شيء واحد، وهو أن لها شحنة كهربائية معاكسة. في حين أن فرميونات ميورانا هي نوع من الجسيمات التي تشبه تمامًا جسيماتها المضادة (لأنها تحتوي على شحنة محايدة).

على الرغم من أن الفكرة قد تم تقديمها في وقت مبكر من عام 1937، إلا أن السباق الآن فقط لإنشاء أزواج فيرميوني ميورانا في الرقائق. يعتقد علماء جامعة رايس أنه يمكن تصنيعها عن طريق ربط عازل ثنائي الأبعاد بموصل فائق. وهذا بالضبط ما فعله الباحثون.

على الرغم من أن الكهرباء لا يمكن أن تتدفق عبر عازل طوبولوجي، إلا أنها يمكن أن تتدفق حول حوافه الخارجية. إذا تم توصيل عازل طوبولوجي صغير بموصل فائق، فيمكن للجهاز نظريًا إنشاء كيوبتات، كما يوضح إيفان كينز، أحد أعضاء فريق البحث.

ووفقا للعلماء، "نحن متفائلون للغاية بشأن الخطوة التالية. الآن، التجارب فقط هي القادرة على التحقق مما إذا كنا قد وجدنا فرميونات ميورانا، وما إذا كانت بالفعل مرشحة جيدة في طريق إنشاء كيوبتات مستقرة.

شارك يارون فروختمان في إعداد الأخبار.

لبيان صحفي