يقترح الفيزيائيون “تيارًا فائقًا” لقراءة البتات الكمومية دون تدمير حالتها الكمومية

الكيوبتات الموجودة في المركز أنظمة الحوسبة الكمومية هي تعادل البتات الثنائية التي تستخدمها معالجات الحوسبة الكلاسيكية – ولكن في حين أن البتات الكلاسيكية يمكن أن تكون 1 أو 0 فقط، فإن الكيوبتات يمكن أن تكون 1 أو 0 أو مزيج من الاثنين معًا (التراكب)، وهي مرونة تَعِد بتحويل قوة أجهزة الكمبيوتر لدينا.

هناك مشكلة واحدة مزعجة تتعلق بالتراكب، وهي أنه بمجرد الوصول إلى الكيوبت وقياسه، يتم تثبيت قيمته على 1 أو 0. وفي اللحظة التي يتم فحصها فيها، تختفي الميزة الأكثر فائدة للكيوبت.

الآن يقوم باحثون من الصين والبرازيل بنشر أعمالهم في المراجعة البدنية ب، أعتقد أن لديهم حل للمشكلة. بشكل أساسي، فهو يتضمن قراءة التيار الكهربائي الناتج عن الكيوبت، بدلاً من الكيوبت نفسه.

من الناحية النظرية – وهذه دراسة نظرية، دون أي تجارب فعلية – فهذا يعني القدرة على قراءة الكيوبت دون قراءته، مثل إلقاء نظرة خاطفة على شيء ما في رؤيتك المحيطية.

تشير النمذجة التي أجراها الباحثون إلى أن هذه التقنية قد تسترد بيانات الكيوبت بدقة تصل إلى 99.85 بالمائة.

“إذا تم إعداد الكيوبت في تراكب معين من 0 و 1، فإن قياسه المباشر يميل إلى تدمير هذا التراكب، وبالتالي المعلومات التي يحتوي عليها.” يقول الفيزيائي خوسيه كارلوس إيجيس، من جامعة ساو باولو في البرازيل.

“استراتيجيتنا مختلفة. فبدلاً من نقل المعلومات إلى كيوبت مساعد، نسعى للحصول عليها من إشارة ينتجها الكيوبت قيد الدراسة نفسه.”

يعد خيار “الكيوبت المساعد” أحد الأساليب التي تستخدمها أجهزة الكمبيوتر الكمومية الحالية: المعروفة باسم ancillas ، فهي تأخذ معلومات الكيوبت حتى يمكن قراءتها دون التدخل في الأصل.

إنه يعمل، لكنه يضيف الوقت والتعقيد.

هنا، اقترح الباحثون أن الكيوبتات المعروفة باسم أندريف كيوبت يمكن أن تساعد. استنادًا إلى حالات أندريف التي تفصل المواد فائقة التوصيل، يمكنها تشفير 0 و1 وتراكبات.

بناءً على حسابات الباحثين، تنتج كيوبتات أندريف الكمومية في حالة التراكب تيارات كهربائية متذبذبة دون الحاجة إلى أي جهد خارجي، مدعومة بالسلوك الكمي نفسه.

ويمكن أن يكشف ذلك بعد ذلك عن الحالة الكمومية للكيوبت، عبر المجال المغناطيسي الناتج عن التذبذبات.

“في النظام قيد الدراسة، هذه المنطقة عبارة عن نقطة كمومية – أي بنية نانوية تكون فيها الإلكترونات محصورة مكانيًا – تتشكل في أسلاك نانوية من زرنيخيد الإنديوم (InAs) متصلة بمواد فائقة التوصيل على كلا الجانبين”. يقول الملوك.

“في هذه البيئة تتشكل الحالات التي تميز كيوبت أندريف.”

لقد كانت البتات الكمومية أندريف التحقيق على نطاق واسع من قبل، لكن فكرة أن سلوكها الكهربائي ينتج إشارة يمكن قراءتها هي فكرة جديدة. إنها المرة الأولى التي يُقترح فيها هذا النوع من التوقيع الكهربائي المتذبذب كوسيلة لفك تشفير الكيوبتات.

في الأساس، يُنتج الكيوبت أندريف “تيارًا فائقًا”، كما قرر الباحثون. عندما يتحرك الكيوبت بين الحالات، يتغير تياره الكهربائي، وهو ما يمكن قياسه من حيث خصائص التذبذب الناتج.

يتم نشر جهاز منفصل مكلف باكتشاف الاختلافات لجعل النظام يعمل، ولإنشاء إعداد حيث تشير “البوصلة” إلى الطريق بينما تفسر “البوصلة” الأخرى تلك الاتجاهات.

“وبالتالي، من خلال قياس كيفية تغير التيار بمرور الوقت، من الممكن إعادة بناء الحالة الأولية للكيوبت.” يقول الملوك.

يقترح الباحثون أنه بعد إجراء كل قياس، ليست هناك حاجة لبدء إعادة التعيين التي يتطلبها الكيوبت عادةً.

والخطوة التالية الواضحة هي محاولة بناء الجهاز الذي وضع الباحثون نظريته هنا، ووضعه تحت الاختبار. في نهاية المطاف، يمكن أن تكون عملية قراءة الكيوبتات أبسط وأكثر موثوقية، مما يفتح الإمكانات الكاملة للحوسبة الكمومية.

“طريقتنا لا تقضي على المشكلة الأساسية للقياس الكمي،” يقول الملوك.

“لكنها يمكن أن تقترب من حد القراءة غير المدمرة، وفي الوقت نفسه، تتجنب استخدام الكيوبتات المساعدة – الملحقة – المستخدمة في بروتوكولات القياس الكمي غير المدمرة الأخرى.”

وقد تم نشر البحث في المراجعة البدنية ب.

تم التحقق من صحة هذه المقالة بواسطة ريبيكا داير وتم تحريره بواسطة ريبيكا داير. وبينما نفخر بعمليتنا، فإننا بشر فقط. إذا اكتشفت خطأً، يرجى اعلامنا.