طريقة جديدة للتحكم في الدوران تقرب رقائق الكم بمليارات كيوبت | غرفة أخبار جامعة نيو ساوث ويلز

[et_pb_section fb_built =”1″ admin_label=”section” _builder_version=”4.16″ global_colors_info=”{}”][et_pb_row admin_label=”row” _builder_version=”4.16″ الخلفية_حجم=”الأولي” خلفية_الموضع=”top_left” خلفية_كرر=”تكرار ” global_colors_info=”{}”][et_pb_column type=”4_4″ _builder_version=”4.16″ custom_padding=”|||” global_colors_info=”{}” custom_padding__hover=”|||”][et_pb_text admin_label=”Text” _builder_version=”4.16″ الخلفية_حجم=”initial” الخلفية_position=”top_left” الخلفية_repeat=”repeat” global_colors_info=”{}”]

إن اكتشاف تأثير غير معروف سابقًا يجعل التحكم المضغوط والسريع للغاية في الكيوبتات الدورانية أمرًا ممكنًا.

رسم توضيحي يُبين كيفية التحكم في عدة كيوبتات باستخدام عملية "EDSR الدورانية المدارية الجوهرية" الجديدة. الصورة: توني ميلوف.

نيو ساوث ويلز سيدني اكتشف المهندسون طريقة جديدة للتحكم بدقة في الإلكترونات المفردة الموجودة في النقاط الكمومية التي تشغل البوابات المنطقية. كما أن الآلية الجديدة أصغر حجماً وتتطلب عدداً أقل من المكونات، وهو ما قد يكون أساسياً لتحقيق حلم الحواسيب الكمومية السيليكونية واسعة النطاق.

الاكتشاف المصادفة، الذي توصل إليه المهندسون في شركة ناشئة في مجال الحوسبة الكمومية دراق وجامعة نيو ساوث ويلز، كما هو موضح بالتفصيل في المجلة الطبيعة تكنولوجيا النانو.

قال الدكتور ويل جيلبرت، مهندس معالجات الكم في شركة ديراك، وهي شركة منبثقة عن جامعة نيو ساوث ويلز ومقرها في حرمها الجامعي في كينسينغتون: "كان هذا تأثيرًا جديدًا تمامًا لم نشهده من قبل، ولم نفهمه تمامًا في البداية. ولكن سرعان ما اتضح أن هذه طريقة جديدة وفعّالة للتحكم في دوران الجسيمات في النقاط الكمومية. وكان ذلك مثيرًا للغاية."

تُعدّ البوابات المنطقية اللبنة الأساسية لجميع العمليات الحسابية. فهي تسمح للبتات - أو الأرقام الثنائية (أصفار وواحدات) - بالعمل معًا لمعالجة المعلومات. ومع ذلك، فإن كمية توجد البتة (أو الكيوبت) في كلتا الحالتين معًا - وهي حالة تُعرف باسم "التراكب". يتيح هذا الأمر استراتيجيات حسابية متعددة - بعضها أسرع بشكل كبير، وبعضها يعمل في وقت واحد - تتجاوز قدرات الحواسيب التقليدية. تتكون الكيوبتات نفسها من "نقاط كمومية" - وهي أجهزة نانوية دقيقة يمكنها احتجاز إلكترون واحد أو بضعة إلكترونات. ويُعد التحكم الدقيق في الإلكترونات ضروريًا لحدوث الحساب.

استخدام المجالات الكهربائية بدلاً من المجالات المغناطيسية

أثناء تجربة تركيبات هندسية مختلفة لأجهزة لا يتجاوز حجمها أجزاء من مليار من المتر، والتي تتحكم في النقاط الكمومية، إلى جانب أنواع مختلفة من المغناطيسات والهوائيات متناهية الصغر التي تشغل عملياتها، الدكتور تومو تانتو من هندسة نيو ساوث ويلز عثرت بالصدفة على تأثير غريب.

قال الدكتور تانتو، وهو أيضاً مهندس قياسات في شركة ديراك: "كنت أحاول تشغيل بوابة ثنائية الكيوبت بدقة متناهية، مستخدماً العديد من الأجهزة المختلفة، ذات الأشكال الهندسية المختلفة قليلاً، ومجموعات المواد المختلفة، وتقنيات التحكم المختلفة. ثم ظهرت هذه الذروة الغريبة. بدا الأمر وكأن معدل دوران أحد الكيوبتات يتسارع، وهو أمر لم أره قط خلال أربع سنوات من إجراء هذه التجارب."

اقرأ أكثر: لفترة طويلة: مهندسو الحوسبة الكمومية يضعون معيارًا جديدًا في أداء رقائق السيليكون

أدرك المهندسون لاحقًا أن ما اكتشفه كان طريقة جديدة للتحكم في الحالة الكمومية لكيوبت واحد باستخدام المجالات الكهربائية، بدلًا من المجالات المغناطيسية التي كانوا يستخدمونها سابقًا. ومنذ ذلك الاكتشاف في عام 2020، دأب المهندسون على تطوير هذه التقنية، التي أصبحت أداة أخرى في ترسانتهم لتحقيق طموح شركة ديراك في بناء مليارات الكيوبتات على شريحة واحدة.

قال الدكتور جيلبرت: "هذه طريقة جديدة للتحكم في الكيوبتات، وهي أقل تعقيدًا في التصنيع - فلا حاجة لتصنيع مغناطيسات دقيقة من الكوبالت أو هوائي بجوار الكيوبتات مباشرةً لتوليد تأثير التحكم. كما أنها تلغي الحاجة إلى وضع هياكل إضافية حول كل بوابة، مما يقلل من الفوضى."

يُعدّ التحكم في الإلكترونات المفردة دون التأثير على الإلكترونات المجاورة أمرًا بالغ الأهمية لمعالجة المعلومات الكمومية في السيليكون. توجد طريقتان راسختان: رنين الدوران الإلكتروني (ESR) باستخدام هوائي ميكروويف مدمج، ورنين الدوران ثنائي القطب الكهربائي (EDSR) الذي يعتمد على مجال مغناطيسي متدرج مُستحث. أما التقنية المكتشفة حديثًا فتُعرف باسم "رنين الدوران المداري ثنائي القطب الكهربائي الداخلي".

قال الدكتور تانتو: "عادةً ما نصمم هوائيات الميكروويف الخاصة بنا لتوليد مجالات مغناطيسية بحتة. لكن تصميم هذا الهوائي تحديدًا ولّد مجالًا كهربائيًا أكبر مما كنا نريده، ولكن تبين أن ذلك كان من حسن الحظ، لأننا اكتشفنا تأثيرًا جديدًا يمكننا استخدامه للتلاعب بالكيوبتات. هذه هي الصدفة السعيدة."

البناء على جعل الحوسبة الكمومية في السيليكون حقيقة واقعة

"هذه آلية جديدة رائعة، تُضاف إلى مجموعة التقنيات الخاصة التي طورناها على مدار العشرين عامًا الماضية من البحث"، قال الأستاذ أندرو دزوراكأستاذ ساينتيا في الهندسة الكمومية بجامعة نيو ساوث ويلز، والرئيس التنفيذي ومؤسس شركة ديراك. قاد البروفيسور دزوراك الفريق الذي بنى أول بوابة منطقية كمومية في السيليكون في 2015.

"إنها تستند إلى عملنا لجعل الحوسبة الكمومية في السيليكون حقيقة واقعة، استنادًا إلى نفس تقنية مكونات أشباه الموصلات المستخدمة في رقائق الكمبيوتر الحالية، بدلاً من الاعتماد على مواد غريبة."

فريق البحث: البروفيسور أندرو دزوراك، والدكتور ويل جيلبرت، والدكتور تومو تانتو. الصورة: جرانت تيرنر.

"بما أن هذه التقنية تعتمد على نفس تقنية CMOS المستخدمة في صناعة الكمبيوتر اليوم، فإن نهجنا سيجعل من السهل والأسرع التوسع للإنتاج التجاري وتحقيق هدفنا المتمثل في تصنيع مليارات الكيوبتات على شريحة واحدة."

تقنية CMOS (أو أشباه الموصلات المعدنية المؤكسدة التكميلية، وتُنطق "سي-موس") هي عملية التصنيع الأساسية لأجهزة الكمبيوتر الحديثة. تُستخدم هذه التقنية في صناعة جميع أنواع مكونات الدوائر المتكاملة، بما في ذلك المعالجات الدقيقة، ووحدات التحكم الدقيقة، ورقائق الذاكرة، ودوائر المنطق الرقمي الأخرى، بالإضافة إلى الدوائر التناظرية مثل مستشعرات الصور ومحولات البيانات.

لقد أطلق على بناء جهاز كمبيوتر كمي اسم "سباق الفضاء في القرن الحادي والعشرين" - وهو تحدٍ صعب وطموح لديه القدرة على تقديم أدوات ثورية لمعالجة الحسابات التي كانت مستحيلة لولا ذلك، مثل تصميم الأدوية المعقدة والمواد المتقدمة، أو البحث السريع في قواعد البيانات الضخمة وغير المصنفة.

قال البروفيسور دزوراك: "كثيراً ما نعتبر الهبوط على سطح القمر أعظم إنجاز تكنولوجي للبشرية. لكن الحقيقة هي أن رقائق CMOS الحالية - التي تضم مليارات الأجهزة العاملة المدمجة معاً لتعمل بتناغمٍ تام، والتي تحملها في جيبك - تُعد إنجازاً تقنياً مذهلاً أحدث ثورة في الحياة المعاصرة. وستكون الحوسبة الكمومية مذهلة بنفس القدر".

المصدر طريقة جديدة للتحكم في الدوران تقرب رقائق الكم بمليارات كيوبت | غرفة أخبار جامعة نيو ساوث ويلز

[/ et_pb_text] [/ et_pb_column] [/ et_pb_row] [/ et_pb_section]