في تطور جديد للكمبيوترات الكمية، تمكن فريق من علماء معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا من زيادة مدة تخزين الحالات الكمية عن طريق تحويل المعلومات الكهربائية إلى صوت. هذا الإنجاز قد يفتح آفاقًا جديدة في عالم الكمبيوترات الكمية وتحسين أدائها.
مقدمة عن الكمبيوترات الكمية
تُعد الكمبيوترات الكمية واحدة من التطورات الرائدة في مجال التكنولوجيا الحديثة، حيث تعتمد على الخصائص الكمية للجسيمات لإجراء الحسابات. من بين الأنظمة الأكثر شيوعًا في هذا المجال هي الأنظمة الإلكترونية فائقة التوصيل التي تعمل في درجات حرارة منخفضة جدًا لتقليل المقاومة.
في هذه الأنظمة، تتشكل الكيوبتات من خلال الطبيعة الميكانيكية الكمية للإلكترونات وهي تتدفق عبر مرنانات مصممة بعناية. تعتبر هذه الكيوبتات ممتازة في إجراء العمليات المنطقية بسرعة، لكنها تواجه تحديات في تخزين المعلومات لفترات طويلة.
التحدي في تخزين المعلومات الكمية
تتمثل إحدى التحديات الرئيسية في الكمبيوترات الكمية في كيفية تخزين الحالات الكمية، وهي أوصاف رياضية لأنظمة كمية معينة. وقد كان المهندسون الكميون يسعون لإيجاد طرق لتعزيز فترات تخزين هذه الحالات من خلال بناء ما يُعرف بذاكرات كمية للكيوبتات فائقة التوصيل.
الآن، قام فريق من علماء كالتيك باستخدام نهج هجين في الذكريات الكمية، حيث تم تحويل المعلومات الكهربائية إلى صوت. هذا النهج سمح للحالات الكمية من الكيوبتات فائقة التوصيل بالبقاء في التخزين لفترة أطول تصل إلى 30 مرة مقارنة بالتقنيات الأخرى.
التقنية الجديدة في الذكريات الكمية
تحت إشراف الأستاذ المساعد محمد ميرحسيني، قام طلاب الدراسات العليا في كالتيك، ألكيم بوزكورت وأوميد غلامي، بنشر بحث في مجلة Nature Physics يوضح تفاصيل هذا الاختراق.
وفقًا لميرحسيني، فإن الحاجة إلى ذاكرة كمية تكمن في القدرة على تخزين الحالة الكمية والعودة إليها لاحقًا لإجراء العمليات المنطقية المطلوبة. وقد أظهرت الأبحاث السابقة أن الصوت، وتحديدًا الفونونات، يمكن أن يكون وسيلة ملائمة لتخزين المعلومات الكمية.
الأجهزة التي تم اختبارها في التجارب التقليدية بدت مثالية للاستخدام مع الكيوبتات فائقة التوصيل لأنها تعمل بترددات جيجاهيرتز عالية للغاية وتؤدي أداءً جيدًا في درجات الحرارة المنخفضة.
التطبيقات المستقبلية للنظام الهجين
قام الباحثون بتصنيع كيوبت فائق التوصيل على شريحة وربطوه بجهاز صغير يُعرف بمذبذب ميكانيكي. هذا المذبذب يشبه شوكة رنانة مصغرة ويتكون من صفائح مرنة تهتز بواسطة موجات صوتية عند ترددات جيجاهيرتز.
يتيح هذا النظام نقل المعلومات إلى الجهاز للتخزين كذاكرة واستعادتها لاحقًا. وقد وجد الباحثون أن هذه المذبذبات لديها عمر أطول بحوالي 30 مرة مقارنة بأفضل الكيوبتات فائقة التوصيل المتاحة.
هذه الطريقة في بناء الذاكرة الكمية تقدم عدة مزايا على الاستراتيجيات السابقة. تتمثل إحدى هذه المزايا في أن الموجات الصوتية تسافر ببطء أكبر من الموجات الكهرومغناطيسية، مما يسمح بتصميم أجهزة أكثر جمعًا.
الخاتمة
يمثل هذا العمل خطوة متقدمة في مجال الكمبيوترات الكمية، حيث يوفر طريقة جديدة وفعالة لتخزين المعلومات الكمية باستخدام الصوت. على الرغم من أن هذه التقنية لا تزال في مراحلها الأولية، إلا أنها تفتح الباب أمام تحسينات مستقبلية يمكن أن تجعل الكمبيوترات الكمية أكثر كفاءة وموثوقية. ومع استمرار الأبحاث والتطورات في هذا المجال، يمكن أن نشهد تطبيقات واسعة النطاق لهذه التكنولوجيا في المستقبل القريب.
