تظهر صفيفات الذرة كمرشح مفاجئ للحوسبة الكمية

من المتوقع أن يأتي الاختراق التالي الذي طال انتظاره في مجال الحوسبة من ما يسمى بأجهزة الكمبيوتر الكمومية ، والتي ستستخدم ظواهر الكم لتؤدي إلى معالجة أسرع وتخزين البيانات المحسّن بشكل جذري. الآن ، قام خريج الفيزياء في جامعة هافارد بتجميع نظام رائع وفريد ​​من نوعه والذي قد يؤدي إلى اختراق الحوسبة الكمومية الذي كان ينتظره.

الأمر الأكثر غرابة في النظام الذي بنى به هاري ليفين وفريقه ، بقيادة ميخائيل لوكين ، في مختبره السفلي الصغير في الجامعة هو عدم وجود رقائق للمعالج. كمبيوتر ليفين مدعوم من 51 ذرة روبيديوم مخزنة في خلية زجاجية. تصطف هذه الذرات ملف واحد عن طريق تقسيم الليزر إلى 51 شعاع.

يتم تباطؤ الذرات حتى تصبح بلا حراك تقريبًا بواسطة أشعة الليزر الأخرى ، في حين أن مجموعة أخرى من أشعة الليزر تسمح للمستخدم بتشجيع الذرات على التفاعل. من هذه التفاعلات يمكن إجراء العمليات الحسابية.

الإعداد التجريبي الذي استخدمه ليفين وفريقه بجامعة هارفارد (ليفين ، كيسلينج ، عمران)

الميزة التي يوفرها الكمبيوتر الكمومي هي قدرة النظام الكمي على أن يكون في حالة تراكب. هذا يعني أنه في حين أن "البتة" العادية لا يمكن أن تحتوي إلا على حالتين محتملتين - 0 أو 1 - يمكن أن ترميز الكابتة للحالات والأصفار في وقت واحد في تراكب الحالات.

إذا تمت زيادته ، يجب أن يتفوق هذا الإعداد بشكل كبير على أجهزة الكمبيوتر التقليدية.

حتى بين أجهزة الكمبيوتر الكمومية ، فإن هذا الإعداد رائع للغاية. تم بناء معظم البتات التي تم استكشافها حتى الآن على السيليكون ، والأسلاك فائقة التوصيل ، وهياكل أشباه الموصلات المعروفة باسم النقاط الكمومية. يعتمد هذا العمل على الأبحاث الحديثة باستخدام الذرات المحايدة لتشكيل البتات.

كان يُعتقد سابقًا أن الذرات المحايدة تعتبر خيارات رديئة بالنسبة للبتات نظرًا لافتقارها إلى شحنة كهربائية وبالتالي لا تتفاعل بسهولة مع الذرات الأخرى. يستطيع الفيزيائيون التغلب على هذه الصعوبة باستخدام رشقات ليزر محددة توقيتًا لإثارة إلكترون ذرة ما خارج ذرة ونقلها من النواة الذرية ، إلى ما يسمى "حالة ريدبرغ". وهذا له تأثير زيادة حجم الذرة بشكل كبير.

ف. التونيان (العلوم)

في هذه الحالة من Rydberg ، تتصرف الذرة بشكل يشبه أيون ، وهي ذرة بها إلكترونات تم تجريدها منها ، مما يعني أنها أكثر عرضة للتفاعل الكهرومغناطيسي مع الذرات المجاورة. التفاعل له التأثير الكلي لمنع هذه الذرات المجاورة من الدخول إلى ولاية ريدبرغ نفسها.

هذا يمنح حالة متشابكة على الذرات ، وهي الحالة المطلوبة لإجراء الحسابات الكمية. يؤدي قياس أي من الذرات إلى انهيار التراكب الذي تم إنشاؤه بواسطة ذرة واحدة في ولاية ريدبرغ والآخر لا.

إن الميزة التي تمنحها الذرات المحايدة هي أنها جميعها متطابقة ، ويمكن تعبئتها في مساحة أكثر تشددًا من البتات التي تعتمد على السيليكون ، كما أنها لا تحتاج إلى الاحتفاظ بها في درجات حرارة فائقة البرودة حيث يتعين على البتات فائقة التوصيل. أيضًا ، نظرًا لأن الذرات المحايدة أقل احتمالًا للتفاعل ، فهذا يعني أنها أقل عرضة للتداخل مع بعضها البعض وتفقد المعلومات الكمية المخزنة.

وبالتالي توفر الذرات المحايدة ميزة قابلية التوسع وأداء عام أفضل.

نُشرت أعمال لوكين في الإصدار الأخير من مجلة Physical Review Letters التي أثبتت قدرتها على برمجة بوابة منطقية ثنائية Rubinium بدقة 97٪. وهذا يعني أن طريقة Rydberg لإنشاء qubit قريبة من الدقة في التوصيلات فائقة التوصيل ، والتي تبلغ حاليًا 99٪.

بالإضافة إلى ذلك ، أضاف بحث آخر تم نشره في نفس الوقت تقريبًا دعمًا لتعدد استخدامات Rydberg.

قام فريق من الباحثين الفرنسيين بنشر دراسة في عدد سبتمبر من مجلة Nature والتي تمكنوا من خلالها إظهار سيطرة ملحوظة على مجموعة ثلاثية الأبعاد 72 ذرة محايدة. لقد كانوا قادرين على تعبئة الذرات بكثافة بطريقة لا يمكن القيام بها مع الأيونات لأنها تلغي بعضها البعض بسبب شحنتها على حد سواء.

في حين أن ليفين إيجابي أن النظام الذي ساعد في إنشائه سيعود بالنفع على صناعة الاتصالات السلكية واللاسلكية ، فإن الآخرين أقل اقتناعًا.

وقال فارون فيديا ، الفيزيائي في شركة Xanadu ، وهي شركة للحوسبة الكمومية ، لـ "ساينس": "بالمقارنة مع الببتات الأخرى ، لا تميل الذرات المحايدة إلى البقاء كما هي". هذا يعني أن الأنظمة التي تستخدم ذرات محايدة قد لا تكون مناسبة لأداء مهام أطول بسبب عدم ثباتها.

ليس هناك شك في أنه لا يزال هناك العديد من الأسئلة المتبقية بشأن إمكانات الحوسبة الكمومية وكيفية تقديم أفضل أداء. قد أنظمة Rydberg تقديم الإجابات المطلوبة.

تعليقات

نُشر في الأصل على sciscomedia.co.uk في 29 سبتمبر 2018.