تحصل الكيوبتات المشحونة على دفعة تبلغ ألف ضعف - عالم الفيزياء

قام الباحثون في الولايات المتحدة بتحسين وقت تماسك البتات الكمومية المشحونة (qubits) بعامل 1000 بفضل التقدم في المواد المستخدمة في بنائها. بقيادة دافي جين مركز أرجون للمواد النانوية ديفيد شوستر من جامعة ستانفورد وجامعة شيكاغو، أظهر الفريق متعدد المؤسسات أيضًا أنه من الممكن قراءة حالة هذه البتات الكمومية بدقة تصل إلى 98.1%، وهي قيمة يقول جين إنها ستزداد بشكل أكبر بمساعدة تقنيات القراءة الأكثر تطورًا.

يعتبر وقت التماسك مهمًا للغاية في الحوسبة الكمومية، لأنه يشير إلى المدة التي يمكن أن يبقى فيها الكيوبت في تراكب حالات متعددة قبل أن يتسبب الضجيج البيئي في فك ترابطه، أو فقدان طبيعته الكمومية. خلال هذه الفترة، يستطيع الكمبيوتر الكمي إجراء عمليات حسابية معقدة لا تستطيع أجهزة الكمبيوتر التقليدية القيام بها.

يمكن للعديد من الأنظمة الكمومية أن تعمل مثل الكيوبتات. على سبيل المثال، تقوم البتات الكمومية المغزلية بتشفير المعلومات الكمومية في دوران الإلكترون أو النواة، والذي يمكن أن يكون لأعلى أو لأسفل أو متراكبًا بين الاثنين. تمثل البتات الكمومية المشحونة، من جانبها، معلومات كمية من خلال وجود أو عدم وجود شحنة زائدة على الإلكترون الموجود داخل نظام البتات الكمومية. إنهم جدد نسبيًا – أعضاء في الفريق خلق الأول في عام 2022 - ويقول جين إن لديهم العديد من المزايا مقارنة بالكيوبتات الدورانية.

ويوضح قائلاً: "عادةً ما تسمح وحدات البت الكمومية المشحونة بسرعة تشغيل أكبر بكثير، لأن الشحنات تقترن بشدة بالمجالات الكهربائية". "هذا مفيد بالنسبة للبتات الكمومية المغزلية، لأن السبينات تقترن بشكل ضعيف مع المجالات المغناطيسية. عادةً ما تكون أجهزة الشحن الكمي أسهل بكثير في التصنيع والتشغيل، لأن معظم البنى التحتية الحالية للتصنيع والتشغيل تعتمد على الشحنات والمجالات الكهربائية، بدلاً من الدوران والمجالات المغناطيسية. ويمكن في كثير من الأحيان جعلها أكثر إحكاما."

Ultraclean هادئ للغاية

يوضح جين أن الباحثين قاموا بإنشاء الكيوبتات المشحونة الخاصة بهم عن طريق احتجاز إلكترون داخل نقطة كمومية، وهي عبارة عن مجموعة نانوية من الذرات تتصرف مثل جسيم كمي واحد. تقع النقطة الكمومية على سطح مصنوع من النيون الصلب ويتم وضعها في الفراغ.

ووفقا لجين، فإن هذه البيئة فائقة النظافة هي المفتاح لنجاح التجربة. النيون، باعتباره غازًا نبيلًا، لن يشكل روابط كيميائية مع العناصر الأخرى. في الواقع، كما أشار الفريق في أ فيزياء الطبيعة في ورقة البحث، سوف يتكثف النيون في بيئة منخفضة الحرارة وقريبة من الفراغ إلى مادة صلبة شبه كمومية فائقة النقاء خالية من أي شيء يمكن أن يسبب ضوضاء في الكيوبت. هذا النقص في الضوضاء مكّن الفريق من تعزيز وقت تماسك بت الشحنة من 100 نانو ثانية نموذجية للجهود السابقة إلى 100 ميكروثانية.

والأكثر من ذلك، أن الباحثين قرأوا حالة هذه الكيوبتات الإخلاص 98.1% دون استخدام مضخم محدود الكم، والذي يصفه جين بأنه "جهاز خاص يتم وضعه في درجة حرارة منخفضة جدًا (في حالتنا 10 ميلي كلفن) يمكنه تضخيم الإشارات الكهرومغناطيسية الضعيفة ولكن لا يسبب أي ضوضاء حرارية تقريبًا". ونظرًا لأن مثل هذه الأجهزة تعمل على تعزيز القدرة على القراءة، فإن الحصول على دقة تصل إلى 98.1% بدونها يعد أمرًا مثيرًا للإعجاب بشكل خاص، كما يقول جين. ويضيف: "في تجاربنا المستقبلية، بمجرد أن نستخدمها، فإن دقة القراءة لدينا يمكن أن ترتفع إلى مستوى أعلى بكثير".

المرحلة التالية

في حين أن الزيادة بمقدار ألف مرة في وقت التماسك تمثل بالفعل تحسنًا كبيرًا مقارنة بأنظمة الكيوبتات السابقة المشحونة، إلا أن الباحثين يتوقعون المزيد في المستقبل. وفقًا لجين، تشير الحسابات النظرية للفريق إلى أن نظام البت الكمي المشحون يمكن أن يصل إلى وقت تماسك يتراوح من 1 إلى 10 مللي ثانية، وهو ما يمثل عاملاً آخر من التحسن بمقدار 10 إلى 100 مقارنة بالقيم الحالية. ومع ذلك، لتحقيق ذلك، سيحتاج العلماء إلى التحكم بشكل أفضل في كل جانب من جوانب التجربة، بدءًا من تصميم الجهاز وتصنيعه وحتى التحكم في الكيوبت.

علاوة على ذلك، يواصل جين وزملاؤه البحث عن طرق لتحسين النظام بشكل أكبر.

يقول جين: "إن الإنجاز الأكبر التالي هو إظهار إمكانية تشابك اثنين من الكيوبتات المشحونة معًا". "لقد عملنا على ذلك وحققنا الكثير من التقدم. وبمجرد أن نحقق ذلك، تصبح منصة الكيوبت الخاصة بنا جاهزة للحوسبة الكمومية العالمية، على الرغم من إمكانية الاستمرار في تحسين بعض الأداء التفصيلي.

• محتوى مدعوم من تحسين محركات البحث وتوزيع العلاقات العامة. تضخيم اليوم.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. تمكين نفسك. الوصول هنا.
• أفلاطونايستريم. ذكاء Web3. تضخيم المعرفة. الوصول هنا.
• أفلاطون كربون، كلينتك ، الطاقة، بيئة، شمسي، إدارة المخلفات. الوصول هنا.
• أفلاطون هيلث. التكنولوجيا الحيوية وذكاء التجارب السريرية. الوصول هنا.
• المصدر https://physicsworld.com/a/charge-qubits-get-a-thousand-fold-boost/