جعل الجيل القادم من أجهزة الكمبيوتر الكمومية أكثر قوة
ثلاث نقاط كم رنانات

ثلاثة مرنانات تعمل بترددات مختلفة تقرأ مصفوفة 3 × 3 من النقاط الكمومية. الائتمان: © Harald Homulle 2022 EPFL

طور المهندسون في EPFL طريقة لقراءة عدة كيوبتات – أصغر وحدة من البيانات الكمية – في نفس الوقت. تمهد طريقتهم الطريق لجيل جديد من أجهزة الكمبيوتر الكمومية الأكثر قوة.

يقول البروفيسور إدواردو شاربون ، رئيس مختبر هندسة الكم المتقدم (AQUA Lab) في كلية الهندسة في EPFL: “تمتلك كل من IBM و Google حاليًا أقوى أجهزة الكمبيوتر الكمومية في العالم”. “لقد كشفت شركة IBM للتو عن جهاز 127 كيلوبت ، في حين أن جوجل هو 53 كيوبت.” ومع ذلك ، فإن نطاق جعل أجهزة الكمبيوتر الكمومية أسرع محدودًا ، نظرًا للحد الأعلى لعدد البتات الكمومية. لكن فريقًا من المهندسين بقيادة Charbon ، بالتعاون مع باحثين في المملكة المتحدة ، طور للتو طريقة واعدة لاختراق هذا الحاجز التكنولوجي. يمكن لنهجهم قراءة الكيوبتات بشكل أكثر كفاءة ، مما يعني أنه يمكن تعبئة المزيد منها في المعالجات الكمومية. تظهر النتائج التي توصلوا إليها في إلكترونيات الطبيعة.

الكيمياء الحيوية والتشفير

لا تعمل أجهزة الكمبيوتر الكمومية مثل أجهزة الكمبيوتر التي اعتدنا عليها. بدلاً من وجود معالج منفصل وشريحة ذاكرة ، يتم دمج الاثنين في وحدة واحدة تُعرف باسم qubit. تستخدم أجهزة الكمبيوتر هذه الخصائص الكمومية مثل التراكب والتشابك لإجراء حسابات معقدة لا يمكن لأجهزة الكمبيوتر العادية القيام بها في إطار زمني معقول. تشمل التطبيقات المحتملة لأجهزة الكمبيوتر الكمومية الكيمياء الحيوية والتشفير والمزيد. تحتوي الآلات التي تستخدمها مجموعات البحث اليوم على حوالي عشرة كيوبتات.

يقول شاربون: “التحدي الذي نواجهه الآن هو ربط المزيد من الكيوبتات في المعالجات الكمومية – نحن نتحدث عن مئات ، بل الآلاف – من أجل تعزيز قوة معالجة أجهزة الكمبيوتر”.

عدد الكيوبتات محدود حاليًا بحقيقة أنه لا توجد تقنية متاحة حتى الآن يمكنها قراءة جميع الكيوبتات بسرعة. ومما يزيد الأمور تعقيدًا أن الكيوبتات تعمل في درجات حرارة قريبة من الصفر المطلق، أو –273.15اليقول شاربون. وهذا يجعل قراءتها والتحكم فيها أكثر صعوبة. ما يفعله المهندسون عادةً هو استخدام الآلات في درجة حرارة الغرفة والتحكم في كل كيوبت على حدة “.

“إنه اختراق حقيقي”

طور أندريا روفينو ، طالبة الدكتوراه في مختبر شاربون ، طريقة تمكن من قراءة تسعة كيوبتات في وقت واحد وبشكل فعال. علاوة على ذلك ، يمكن توسيع نهجه إلى مصفوفات كيوبت أكبر. يوضح قائلاً: “تعتمد طريقتنا على استخدام نطاقات الوقت والتردد”. “الفكرة الأساسية هي تقليل عدد الاتصالات من خلال جعل ثلاثة كيوبتات تعمل مع رابطة واحدة.”

EPFL ليس لديه كمبيوتر كمي ، لكن ذلك لم يوقف روفينو. وجد طريقة لمحاكاة الكيوبتات وإجراء التجارب في ظل نفس الظروف تقريبًا مثل تلك الموجودة في الكمبيوتر الكمومي. لقد قمت بدمج النقاط الكمومية ، وهي جزيئات أشباه الموصلات بحجم نانومتر ، في ترانزستور. لقد أعطاني ذلك شيئًا يعمل مثل الكيوبتات ، “يقول روفينو.

إنه أول طالب دكتوراه في مختبر AQUA يدرس هذا الموضوع في أطروحته. يقول شاربون: “أظهر أندريا أن طريقته تعمل مع الدوائر المتكاملة على رقائق الكمبيوتر العادية ، وفي درجات حرارة تقترب من كيوبت”. “إنه اختراق حقيقي يمكن أن يؤدي إلى أنظمة ذات مصفوفات كيوبت كبيرة مدمجة مع الإلكترونيات الضرورية. يمكن أن يعمل هذان النوعان من التكنولوجيا معًا ببساطة وفعالية وبطريقة قابلة للتكرار “.

المرجع: “شريحة Cryo-CMOS التي تدمج النقاط الكمومية للسيليكون وإلكترونيات القراءة المشتتة المتعددة الإرسال” بقلم أندريا روفينو ، تسونغ يانغ ، جون ميتشنيويتز ، ياتاو بينغ ، إدواردو شاربون وميغيل فرناندو غونزاليس-زالبا ، 27 ديسمبر 2021 ، إلكترونيات الطبيعة.
DOI: 10.1038 / s41928-021-00687-6

التعليقات

اترك تعليقاً

لن يتم نشر عنوان بريدك الإلكتروني. الحقول الإلزامية مشار إليها بـ *