يفتح اختراق الحوسبة الكمومية طريقًا جديدًا لمعالجات أكبر وأكثر قوة

يمكن أن تستفيد أجهزة الكمبيوتر الكمومية القائمة على السيليكون من التقدم في التحكم في الكيوبتات المتعددة دون التضحية بالدقة. الائتمان: ستوك إن الحفاظ على دقة البتات الكمومية من السيليكون أثناء عملها معًا يمكن أن يساعد في تحويل تكنولوجيا صناعة الرقائق القائمة إلى أجهزة كمبيوتر كمومية أكبر قادرة على معالجة المشكلات المتزايدة التعقيد. يمكن لتكنولوجيا التصنيع المستخدمة في رقائق الكمبيوتر اليومية أن تساعد في بناء أجهزة كمبيوتر كمومية أكبر. توفر الكيوبتات السيليكونية المغزلية هذا الاحتمال، لكن الدقة التي تحققها من تلقاء نفسها يمكن أن تتراجع عندما يتم التحكم في العديد منها في وقت واحد. وقد أظهر باحثون من مركز RIKEN لعلوم المواد الناشئة والمتعاونين معهم طريقة للحفاظ على الكثير من هذه الدقة أثناء التشغيل المتزامن. من خلال العمل مع خمس كيوبتات سيليكون يتم التحكم فيها من خلال خط موجات صغرية مشترك واحد، حددوا مصدرًا رئيسيًا لأخطاء التحكم وطوروا بروتوكول معايرة للتعويض عنه. نُشرت دراستهم في مجلة Nature Physics. تمثل البتات الكمومية، أو الكيوبتات، مجموعات من الحالات الثنائية التقليدية 0 و1. في البتات الكمومية المغزلية للسيليكون، يتم تشفير المعلومات في دوران إلكترون محصور في ركيزة من السيليكون. تتلاعب إشارات الموجات الصغرية بتلك السبينات لتنفيذ عمليات كمومية. يجب أن يؤدي الكمبيوتر الكمي المفيد العديد من هذه العمليات في وقت واحد، مما يجعل التحكم المتوازي الموثوق به أمرًا ضروريًا. دقة عالية مع ثلاثة كيوبتات في وقت واحد. أدى تصميم الجهاز الأمثل للفريق ونبضات الموجات الصغرية التي تمت معايرتها بعناية إلى إنتاج دقة بوابة أحادية الكيوبت أعلى بكثير من 99.99٪ على كل من الكيوبتات الخمسة عند اختبارها بشكل فردي، مع اقتراب أفضلها من 99.999٪. يقيس الإخلاص مدى دقة تنفيذ العملية الكمومية. مع البروتوكول الجديد، ظلت الدقة أعلى من 99.99% عند تشغيل ما يصل إلى ثلاثة كيوبتات في نفس الوقت. يقول ليون كامينزند، عالم أبحاث في معهد RIKEN والمؤلف الأول المشارك الذي أشرف على التجارب: “يُظهر هذا أنه يمكن الحفاظ على التحكم عالي الدقة حتى عند تشغيل عدة كيوبتات في نفس الوقت، ويمثل خطوة مهمة نحو توسيع نطاق المعالجات الكمومية القائمة على السيليكون”. يتم التحكم بالبتات الكمومية بالتوازي من خلال خط ميكروويف مشترك. الائتمان: RIKEN عندما عملت جميع الكيوبتات الخمسة في وقت واحد، ظلت الدقة عند حوالي 99.9٪، وهي قريبة من المتطلبات العملية للحوسبة الكمومية المتسامحة مع الأخطاء، والتي تم تصميمها للحفاظ على موثوقية الحسابات على الرغم من الأخطاء. يقول سيجو تاروشا، مدير مشروع حاسوب كمي متسامح مع الأخطاء: “إن هدفنا على المدى الطويل هو بناء حاسوب كمي متسامح مع الأخطاء يعتمد على البتات الكمومية المغزلية السيليكونية، ويعتبر التحكم المتوازي الموثوق خطوة أساسية نحو هذا الهدف”. مشروع الحوسبة الكمومية ضمن هدف Moonshot 6 التابع لـ JST. تصحيح تحولات الطور، زوجًا تلو الآخر. تتبع الباحثون مصدرًا رئيسيًا لفقدان الدقة أثناء التشغيل المتوازي إلى تحول AC Stark ، وهو تأثير ناجم عن إشارات التحكم في الموجات الدقيقة. إنه يغير مستويات الطاقة الفعالة للكيوبت ويغير مرحلة حالته الكمومية. تصف المرحلة كيف تصطف المكونات الشبيهة بالموجة لتلك الحالة مع بعضها البعض. تتداخل هذه التحولات غير المرغوب فيها مع التحكم اللازم لتنفيذ العملية المقصودة. يتطلب تصحيح هذه التحولات طريقة معايرة يمكنها استيعاب المزيد من الكيوبتات دون اختبار كل مجموعة ممكنة بشكل منفصل. يشرح يي هسين وو، المؤلف الأول، الذي أجرى التجارب كجزء من بحث الدكتوراه الخاص به، كيف تعامل الفريق مع هذا التحدي. “بدلاً من الحاجة إلى إجراء معايرة منفصل تمامًا لكل مجموعة محتملة من الكيوبتات، تستخدم طريقتنا المعايرة بين أزواج من الكيوبتات للتعويض عن تحولات الطور غير المرغوب فيها. “يقول كامينزند: “من خلال معالجة مصدر رئيسي لأخطاء التحكم من خلال المعايرة الزوجية، تدعم دراستنا استخدام خطوط التحكم المشتركة كنهج عملي لتوسيع نطاق المعالجات الكمومية. إلى جانب توافق السيليكون مع تصنيع أشباه الموصلات الراسخة، نعتقد أن هذا يمكن أن يساعد التقدم في تمهيد الطريق نحو معالجات كمومية أكبر قادرة على إجراء حسابات معقدة بشكل متزايد. وينطوي ذلك على فقدان التماسك الكمي، الذي يختلف عن تحولات الطور التي يتناولها بروتوكول المعايرة. يقول كامينزند: “هذا قيد، لكن المزيد من التحسينات في تصميم الجهاز يمكن أن تساعد في التخفيف من مصدر الخطأ هذا”. المرجع: “بوابات متزامنة أحادية الكيوبت عالية الدقة في مصفوفة كيوبت تدور” بقلم يي هسين وو، وليون سي. كامينزند، وباتريك بوتلر، وإيك كيونج جين، وأكيتو نويري، وكينتا تاكيدا، وتاكاشي ناكاجيما، وتاكاشي كوباياشي، وجيوردانو. Scappucci و Hsi-Sheng Goan و Seigo Tarucha ، 15 أكتوبر 2026، Nature Physics.DOI: 10.1038/s41567-026-03466-2لا تفوت أي إنجاز: انضم إلى النشرة الإخبارية لـ SciTechDaily. Google وأخبار Google.