لعدة عقود، كانت الحواسيب الكمومية التي تستطيع إجراء الحسابات بسرعة تصل إلى ملايين المرات أسرع من الحواسيب التقليدية هدفاً مثيراً ولكنه بعيد المنال. إلا أن اختراقاً جديداً في فيزياء الكم قد يساهم في تسريع الجدول الزمني لتحقيق هذا الهدف.
فهم الأساسيات: الحوسبة الكمومية وخصائصها
تعتمد الحواسيب الكمومية على خصائص فيزياء الكم الفريدة مثل التشابك والتراكب لإجراء الحسابات بصورة أكثر كفاءة من الحواسيب التقليدية. يمكن لهذه الأجهزة أن تكون محركاً للابتكارات في مجالات متنوعة مثل الهندسة والتمويل والتكنولوجيا الحيوية.
ولكن قبل أن تتحقق هذه الفوائد، هناك عقبة كبيرة يجب التغلب عليها. تتمثل هذه العقبة في حساسية الأنظمة الكمومية العالية للضجيج، حيث يمكن لأبسط التغيرات في درجات الحرارة أو حتى فوتون واحد شارد من مصدر خارجي أن يدمر إعدادات الكمبيوتر الكمومي، مما يجعله عديم الفائدة.
التحدي الأكبر: الضجيج في الأنظمة الكمومية
يقول الباحث الرئيسي توموهيرو إيتوغاوا: “كانت الأنظمة الكمومية دائماً عرضة بشكل كبير للضجيج”. الضجيج هو العدو الأول للحوسبة الكمومية، إذ يمكن أن يؤدي حتى إلى تدمير التجارب الأكثر تعقيداً.
ولهذا السبب، يركز العلماء على بناء حواسيب كمومية مقاومة للأخطاء، تكون قادرة على الاستمرار في الحساب بدقة حتى في ظل وجود الضجيج.
تقطير الحالات السحرية: الحل الممكن
تقطير الحالات السحرية هو عملية يتم فيها تجهيز حالة كمومية عالية الدقة من العديد من الحالات المليئة بالضجيج. إنها طريقة شائعة لإنشاء أنظمة مقاومة للأخطاء، لكنها عملية مكلفة حسابياً لأنها تتطلب الكثير من الكيوبتات.
يوضح الباحث الكبير كيسوكي فوجي: “أردنا استكشاف ما إذا كانت هناك طريقة لتسريع تحضير الحالات عالية الدقة اللازمة للحوسبة الكمومية”.
الابتكار الجديد: مستوى الصفر في تقطير الحالات السحرية
استلهم الفريق فكرة تطوير نسخة “مستوى الصفر” من تقطير الحالات السحرية، حيث يتم تطوير دائرة مقاومة للأخطاء عند مستوى الكيوبت الفيزيائي أو “الصفر” بدلاً من المستويات الأعلى والأكثر تجريداً.
هذه الطريقة الجديدة تتطلب عدداً أقل بكثير من الكيوبتات، وأدت إلى تقليل في الحمل المكاني والزماني بحوالي عدة عشرات المرات مقارنة بالنسخة التقليدية في المحاكاة العددية.
الخاتمة
إن إيتوغاوا وفوجي متفائلان بأن عصر الحوسبة الكمومية ليس بعيداً كما نتصور. سواء أكان يُسمى هذا بالسحر أم الفيزياء، فإن هذه التقنية تمثل خطوة مهمة نحو تطوير حواسيب كمومية أكبر حجماً يمكنها مقاومة الضجيج.
