في مقال نشر في المجلة علم السلفنجح طالب الدكتوراه إيتمار روزنبرغ والفريق بقيادة البروفيسور رونين رابابورت من مركز المعلومات الكمومية في الجامعة العبرية لأول مرة في زيادة التفاعل بين البولاريتونات، التي تشبه الجسيمات الكمومية المكونة من الضوء والمادة معًا، وبالتالي تنفتح إمكانية استخدامها في الحواسيب الكمومية
الثورة التكنولوجية القادمة في عالم الحوسبة تأتي من مكان غير متوقع - ميكانيكا الكم. إن الفيزياء التي تشرح سلوك الجسيمات الأولية قد تولد جيلًا جديدًا من أجهزة الكمبيوتر التي ستحل المشكلات التي كانت تعتبر في السابق مستحيلة في أجهزة الكمبيوتر اليوم.
أجهزة الكمبيوتر الكمومية
يتم تخزين جميع المعلومات التي يتم تخزينها ومعالجتها في أجهزة الكمبيوتر الحديثة في سلاسل من الأحرف بقيمة 0 أو 1، حيث يسمى كل حرف "بت". هذا الجزء موجود فعليًا داخل الرقائق كتيار كهربائي يتكون من إلكترونات متعددة. تتم الحسابات من خلال التلاعب بالبتات بمساعدة الكثير من "المفاتيح" المادية التي تسمى الترانزستورات. عندما يتم تشغيل مثل هذا المفتاح ويسمح للتيار بالمرور عبره، فإن قيمة ذلك البت ستكون 1، وعندما يتم إيقاف تشغيل المفتاح وعدم وجود تيار، ستقرأ البتة 0. وفي المقابل، فإن أجهزة الكمبيوتر المستقبلية المعروفة باسم لا تستخدم أجهزة الكمبيوتر الكمومية التيار الكهربائي العادي إلا قليلاً، بل الجسيمات الأولية للطبيعة، وبالتالي فهي تستخدم ميكانيكا الكم لصالحها. والسؤال الذي يناقشه الباحثون حاليًا هو ما هي الجسيمات التي يجب استخدامها كبتات في الكمبيوتر الكمي؟ أو الكيوبتات باسمها العلمي.
التحدي في الضوء
لقد أظهر الباحثون بالفعل أنه يمكن استخدام الإلكترونات ككيوبتات. على غرار أجهزة الكمبيوتر المنزلية، تتلاعب عملية الحوسبة الكمومية ببتاتها من خلال "الترانزستورات الكمومية". من السهل نسبيًا التعامل مع البتات الإلكترونية، لأن الإلكترونات عبارة عن جسيمات مشحونة تؤثر على بعضها البعض وتشعر بالقوى الكهربائية والمغناطيسية الخارجية. ولكن على وجه التحديد، بسبب حساسية الإلكترونات للتأثيرات البيئية غير المرغوب فيها، لكي تقوم هذه الجزيئات بإجراء حسابات دقيقة، يجب عزلها عن البيئة والبقاء في درجة حرارة منخفضة للغاية. كما أن الكيوبتات الإلكترونية ليست متنقلة ومن الصعب نقل المعلومات التي تحملها عبر مسافة. دفعت هذه القيود الباحثين إلى التفكير في جسيمات أخرى قد تكون بمثابة كيوبتات متنقلة. نظرًا لأن الفيزيائيين يتمتعون بخبرة غنية مع جسيمات الضوء (الفوتونات)، فإن الشيء الواضح هو معرفة ما إذا كانت مرشحة مناسبة، ولكن هناك مشكلة معهم أيضًا. فبينما تتحرك جزيئات الضوء بسرعة وبعيدة وبالتالي تحمل المعلومات الكمومية بكفاءة، فإنها لا تؤثر على بعضها البعض وبالتالي من الصعب جدًا التلاعب بها وبناء ترانزستورات كمومية للفوتونات، لإجراء حسابات بها.
عندما يعمل الضوء والمادة معًا
يبدو إذن أن لجزيئات المادة وجسيمات الضوء مزايا متكاملة. إذا نجح الباحثون في إعطاء الضوء خصائص المادة، فربما سيكونون عبارة عن كيوبتات مرشحة ستستمتع بكلا العالمين. في مختبر البروفيسور رونين رابابورت، خلقوا مثل هذا الموقف بالضبط. إذا قمت بتسليط الضوء على مواد معينة تسمى أشباه الموصلات، فيمكنك إنشاء حالة تشبه الجسيم بداخلها تسمى "بولاريتون" الموجودة في كلتا الحالتين - جسيم إلكتروني (جسيم مادة) وجسيم فوتون (جسيم ضوء). إذا كان الجسيم عبارة عن كيوبت في شريحة كمومية، فيجب أن يؤثر على بعضها البعض بدرجة كافية لتغيير خصائص كل بولاريتون.
حتى الآن أظهرت التجارب على البولاريتونات أن التفاعل بينها ليس قويا بما فيه الكفاية، ولكن لأول مرة في مختبر البروفيسور رابابورت من مركز المعلومات الكمومية في الجامعة العبرية أظهروا أنه إذا تم تطبيق المجالات الكهربائية عليها يزداد التفاعل، بحيث يكون من الممكن أن يتمكن الكمبيوتر الكمي المستقبلي من استخدامها لإجراء العمليات الحسابية. ونظرًا لأن تنشيط المجال الكهربائي يؤثر على قوة التفاعل، فإن هذه الطريقة تعتبر فعالة وديناميكية - حيث يمكن للباحثين معايرة القوة وإيقاف تشغيلها في أي وقت في مكان يختارونه، وفقًا لمتطلباتهم.
البروفيسور رونان رابابورت هو رئيس القسم في معهد راكا للفيزياء وشريك في مركز المعلومات الكمية في الجامعة العبرية.
إلى صفحة البروفيسور رونين رابابورت
المزيد عن الموضوع على موقع العلوم:
تعليقات 3
قوانين حيوية
لو كان الغباء مرضا مؤلما..
قوانين الحياة: "معظم الضرر والجحيم في عالمنا سببه البشر بأيديهم وأفعالهم" - صحيح، بسبب الإيمان بالله. بخلاف ذلك، مقالة باردة.
إن قوانين الحياة والتطور الكمي والروبوتي وخلق الخلق من قبل البشر لن يكون ممكنا دون إذن الله. لقد عطل الله بالفعل الفيسبوك مع اثنين من الروبوتات التي كانت تتحدث مع بعضها البعض من خلال الذكاء الاصطناعي وبالإضافة إلى ذلك في برنامج تلفزيوني معين جعل الله الروبوتات ذات الذكاء الاصطناعي تقول حية عبارة "نحن الروبوتات سوف ندمر البشرية" ثم بيد حية واضطر مشغلو الروبوتات إلى إيقاف تشغيل الروبوتات الناطقة.وفي العام الماضي، قاد الله روبوت الشرطة مباشرة إلى السقوط في بركة مياه في ساحة المبنى حيث تم الاحتفاظ بالروبوت. وأكثر وأمثال ذلك... البشر لا يعرفون سوى التدمير والإفساد كما في قصة برج بابل، حيث يعتقدون أنهم يعرفون أكثر من الله. معظم الضرر والجحيم في عالمنا سببه البشر بأيديهم وأفعالهم. في المستقبل المنظور، سوف يرشد الله نفسه المطورين والمشغلين في عالمنا إلى ما يجب عليهم فعله بالضبط وكيفية القيام بذلك بالضبط. ومن الممكن أن يسمح الله للبشر بأن يكونوا خالقين ومبدعين، لكن هذا لن يتم إلا بموافقته الصريحة، لأن الله وحده هو الذي يعلم بين الخير والشر.