يتيح اكتشاف التأثير غير المعروف سابقًا إمكانية التحكم المدمج والسريع جدًا في الكيوبتات الدورانية.
رسم توضيحي يوضح كيف يمكن التحكم في كيوبتات متعددة باستخدام عملية "الجوهرية تدور حول مدار EDSR". الصورة: توني ميلوف.
نيو ساوث ويلز سيدني اكتشف المهندسون طريقة جديدة للتحكم الدقيق في الإلكترونات المفردة الموجودة في النقاط الكمومية التي تدير بوابات منطقية. الآلية الجديدة أيضًا أقل حجمًا وتتطلب أجزاء أقل ، والتي يمكن أن تكون ضرورية لجعل أجهزة الكمبيوتر الكمومية من السيليكون حقيقة واقعة.
الاكتشاف الصدفي ، الذي قام به المهندسون في شركة الحوسبة الكمومية الناشئة دراق و UNSW ، مفصل في المجلة الطبيعة تكنولوجيا النانو.
قال المؤلف الرئيسي الدكتور ويل جيلبرت ، مهندس معالجات الكم في Diraq ، وهي شركة منبثقة عن جامعة نيو ساوث ويلز مقرها في كينسينغتون: "كان هذا تأثيرًا جديدًا تمامًا لم نشهده من قبل ، وهو ما لم نفهمه تمامًا في البداية". . لكن سرعان ما أصبح واضحًا أن هذه طريقة جديدة قوية للتحكم في السبينات في نقطة كمومية. وكان ذلك مثيرًا للغاية ".
البوابات المنطقية هي لبنة البناء الأساسية لجميع الحسابات. إنها تسمح لـ "البتات" - أو الأرقام الثنائية (0 و 1) - بالعمل معًا لمعالجة المعلومات. ومع ذلك ، أ كمية يوجد بت (أو كيوبت) في كلتا الحالتين في وقت واحد - وهي حالة تُعرف باسم "التراكب". يسمح هذا بالعديد من استراتيجيات الحساب - بعضها أسرع بشكل كبير ، والبعض الآخر يعمل في وقت واحد - والتي تتجاوز أجهزة الكمبيوتر التقليدية. تتكون الكيوبتات نفسها من "نقاط كمومية" - وهي أجهزة نانوية صغيرة يمكنها حبس إلكترون واحد أو عدد قليل من الإلكترونات. التحكم الدقيق في الإلكترونات ضروري لحدوث الحساب.
استخدام المجالات الكهربائية بدلاً من المجالات المغناطيسية
أثناء تجربة مجموعات هندسية مختلفة من الأجهزة التي لا يتجاوز حجمها أجزاء من المليار من المتر والتي تتحكم في النقاط الكمومية ، جنبًا إلى جنب مع أنواع مختلفة من المغناطيسات الصغيرة والهوائيات التي تقود عملياتها ، الدكتور تومو تانتو تبدأ من هندسة نيو ساوث ويلز تعثرت عبر تأثير غريب.
قال الدكتور تانتو ، وهو أيضًا مهندس قياس في ديراق: "كنت أحاول تشغيل بوابة ذات كيوبتين بدقة حقًا ، وأقوم بالتكرار عبر العديد من الأجهزة المختلفة ، وأشكال هندسية مختلفة قليلاً ، ومكدسات المواد المختلفة ، وتقنيات التحكم المختلفة". ثم ظهرت هذه القمة الغريبة. بدا الأمر كما لو أن معدل الدوران لإحدى الكيوبتات كان يتسارع ، وهو ما لم أره مطلقًا منذ أربع سنوات من إجراء هذه التجارب ".
اقرأ أكثر: لأطول وقت: وضع مهندسو الحوسبة الكمومية معيارًا جديدًا لأداء رقائق السيليكون
أدرك المهندسون فيما بعد أن ما اكتشفه كان طريقة جديدة لمعالجة الحالة الكمومية للكيوبت الفردي باستخدام الحقول الكهربائية ، بدلاً من الحقول المغناطيسية التي كانوا يستخدمونها سابقًا. منذ أن تم الاكتشاف في عام 2020 ، عمل المهندسون على إتقان التقنية - التي أصبحت أداة أخرى في ترسانتهم لتحقيق طموح ديراق في بناء مليارات الكيوبتات على شريحة واحدة.
قال الدكتور جيلبرت: "هذه طريقة جديدة للتلاعب بالكيوبتات ، وهي أقل حجمًا في البناء - لست بحاجة إلى تصنيع مغناطيس دقيق من الكوبالت أو هوائي بجوار الكيوبتات مباشرة لتوليد تأثير التحكم". "إنه يزيل متطلبات وضع هياكل إضافية حول كل بوابة. لذلك ، هناك فوضى أقل ".
يعد التحكم في الإلكترونات المفردة دون إزعاج الآخرين القريبين أمرًا ضروريًا لمعالجة المعلومات الكمومية في السيليكون. هناك طريقتان راسختان: الرنين المغزلي للإلكترون (ESR) باستخدام هوائي الميكروويف على الرقاقة ، والرنين الكهربائي ثنائي القطب (EDSR) ، والذي يعتمد على مجال مغناطيسي متدرج مستحث. تُعرف التقنية المكتشفة حديثًا باسم "الجوهر تدور حول مدار EDSR".
قال الدكتور تانتو: "في العادة ، نصمم هوائيات الميكروويف الخاصة بنا لتوصيل مجالات مغناطيسية بحتة". "لكن تصميم الهوائي هذا أنتج مجالًا كهربائيًا أكثر مما كنا نريد - ولكن تبين أن ذلك كان محظوظًا ، لأننا اكتشفنا تأثيرًا جديدًا يمكننا استخدامه لمعالجة الكيوبتات. هذه صدفة بالنسبة لك ".
البناء على جعل الحوسبة الكمومية في السيليكون حقيقة واقعة
"هذه جوهرة آلية جديدة ، تضيف فقط إلى مجموعة التكنولوجيا الخاصة التي طورناها على مدار العشرين عامًا الماضية من البحث ،" البروفيسور أندرو دزوراك، أستاذ ساينتيا في هندسة الكم في جامعة نيو ساوث ويلز والرئيس التنفيذي ومؤسس ديراق. قاد البروفيسور دزوراك الفريق الذي قام ببناء أول بوابة منطقية كمومية في السيليكون في 2015.
"إنها تعتمد على عملنا لجعل الحوسبة الكمومية في السيليكون حقيقة واقعة ، تعتمد أساسًا على نفس تقنية مكونات أشباه الموصلات مثل رقائق الكمبيوتر الحالية ، بدلاً من الاعتماد على مواد غريبة.
فريق البحث: البروفيسور أندرو دزوراك والدكتور ويل جيلبرت والدكتور تومو تانتو. الصورة: جرانت تيرنر.
"نظرًا لأنه يعتمد على نفس تقنية CMOS مثل صناعة الكمبيوتر اليوم ، فإن نهجنا سيجعل من الأسهل والأسرع توسيع نطاق الإنتاج التجاري وتحقيق هدفنا المتمثل في تصنيع مليارات الكيوبتات على شريحة واحدة."
CMOS (أو شبه موصل أكسيد معدني مكمل ، يُنطق "سي موس") هو عملية التصنيع في قلب أجهزة الكمبيوتر الحديثة. يتم استخدامه لصنع جميع أنواع مكونات الدوائر المتكاملة - بما في ذلك المعالجات الدقيقة ووحدات التحكم الدقيقة وشرائح الذاكرة ودوائر المنطق الرقمي الأخرى ، بالإضافة إلى الدوائر التناظرية مثل مستشعرات الصور ومحولات البيانات.
يُطلق على بناء جهاز كمبيوتر كمي اسم "سباق الفضاء للقرن الحادي والعشرين" - تحد صعب وطموح مع إمكانية تقديم أدوات ثورية لمعالجة الحسابات المستحيلة بخلاف ذلك ، مثل تصميم الأدوية المعقدة والمواد المتقدمة ، أو البحث السريع من قواعد البيانات الضخمة غير المصنفة.
قال البروفيسور دزوراك: "غالبًا ما نفكر في الهبوط على القمر باعتباره أعظم أعجوبة تكنولوجية للبشرية". "ولكن الحقيقة هي أن شرائح CMOS اليوم - مع مليارات من أجهزة التشغيل المدمجة معًا لتعمل مثل السيمفونية ، والتي تحملها في جيبك - هذا إنجاز تقني مذهل وأحدث ثورة في الحياة العصرية. ستكون الحوسبة الكمية مذهلة بنفس القدر ".
المصدر طريقة جديدة للتحكم في الدوران تقرب رقائق الكم بمليارات كيوبت | غرفة أخبار جامعة نيو ساوث ويلز
