نجح علماء في بناء أصغر كمبيوتر كمي في العالم. وهو بحجم جهاز الكمبيوتر المكتبي ويمكنه العمل في درجة حرارة الغرفة.
يعمل الجهاز بفوتون واحد فقط، أو جسيم ضوئي، مدمج في ألياف بصرية على شكل حلقة، كما كتب العلماء في دراسة نُشرت في مجلة Physical Review Applied.
وسبق بناء العديد من أجهزة الكمبيوتر والمعالجات الكمومية، بما في ذلك شريحة IBM Condor ذات 1000 كيوبت، باستخدام كيوبتات فائقة التوصيل. ولكن للاستفادة من قوانين ميكانيكا الكم والحساب باستخدام التراكب الكمي – الذي يسمح للبت الكمومي بالوجود في حالات متعددة في وقت واحد – يجب تبريدها إلى ما يقرب من الصفر المطلق. وهذا يتطلب معدات معقدة تشغل عادةً حجم غرفة على الأقل.
وعرض اقتراح الفوتونات منذ فترة طويلة كبديل للكيوبتات الفائقة التوصيل، في مجال يُعرف باسم “الحوسبة الكمومية البصرية”. في فبراير، اقترح العلماء أن بناء كيوبتات من نبضة ليزر واحدة يمكن أن يسمح لهم بصنع كمبيوتر كمي مستقر في درجة حرارة الغرفة، على سبيل المثال.
في الدراسة الجديدة، بنى العلماء آلة يمكنها معالجة الحسابات في درجة حرارة الغرفة. ولأنها لا تحتاج إلى التبريد، فهي بحجم جهاز كمبيوتر سطح المكتب النموذجي. قال المؤلف الرئيسي للدراسة تشو تشيه سونج، أستاذ البصريات الكمومية في جامعة تسينج هوا في تايوان، في بيان، إن الكمبيوتر الكمومي يخزن المعلومات في “32 حاوية زمنية أو أبعاد” داخل الحزمة الموجية لفوتون واحد. وأضاف أن هذا رقم قياسي عالمي لعدد أبعاد الحوسبة التي يمكن الوصول إليها بواسطة كيوبت واحد.
وعلى النقيض من البتات الكمومية الفائقة التوصيل، تستطيع الفوتونات الحفاظ على حالة كمية مستقرة في درجة حرارة الغرفة. وتستهلك الآلة الكمومية التي تستخدم الفوتونات طاقة أقل وهي أرخص في التشغيل. كما أنها أكثر كفاءة في التشغيل من الأنظمة التي تستخدم البتات الكمومية الأيونية المحاصرة ــ الجسيمات المشحونة المعلقة في الفضاء الحر بواسطة الموجات الكهرومغناطيسية ــ والتي تتطلب ليزرات معقدة لضبط حالتها الكمومية بدقة.
توجد بالفعل أجهزة كمبيوتر كمومية بصرية تحتوي على مئات الفوتونات. ولكن لأن الفوتونات تظهر بشكل احتمالي ــ بمعنى “أنها موجودة في ثانية وتختفي في الثانية التالية” ــ فمن الصعب حشدها بأعداد كبيرة، كما يقول تشو.
بدلاً من ذلك، ضغط تشو وفريقه كل المعلومات في فوتون واحد مستقر. وشبه هذا العمل بتحويل دراجة يمكنها حمل شخص واحد إلى قطار مكون من 32 عربة يمكنه استيعاب عدد كبير من الركاب. وأضاف أن الخطوات التالية هي الاستمرار في تحسين سعة تخزين فوتون واحد حتى يتمكن من معالجة حسابات أكثر تعقيداً.
وبما أن الآلة تستخدم فوتونًا كوحدة كيوبت، فمن الممكن دمجها بسهولة في شبكات الاتصالات الكمية المستقبلية التي تستخدم الضوء لنقل البيانات، أو مع أنظمة الحوسبة الكلاسيكية الأخرى المعتمدة على الضوء، وفقًا للعلماء.
المصدر: لايف ساينس.
