Article image
الصورة الأصلية: شاترستوك | تعديل: إم آي تي تكنولوجي ريفيو العربية



تمت هندسة بتات كمومية فريدة تعتمد على خصائص اللف الذاتي والحركة المدارية بطريقةٍ سمحت لها بأن تمتلك زمن تماسك أعلى بكثير مما سُجل سابقاً.

2020-09-17 19:59:01

17 سبتمبر 2020

حول الخبر

كشفت مجموعةٌ من الباحثين في جامعة توهوكو في اليابان عن تطويرهم لتقنيةٍ جديدة تتيح للكيوبتات (أو البتات الكمومية) بأن تحتفظ بالمعلومات بمعدلٍ زمنيّ أفضل بـ 10,000 مرة من التقنيات المستخدمة سابقاً.

خلفية الخبر: كيوبتات مرغوبة، ولكنها هشة

يتطلب الحصول على الحواسيب الكمومية تذليلَ الكثير من العقبات؛ إذ لا يكفي فقط إثبات إمكانية بنائها، بل يجب أن تكون قادرة على العمل بوثوقية وفعالية بشكلٍ مشابهٍ للأنظمة الحاسوبية التي نستخدمها كل يومٍ في حياتنا اليومية. ضمن هذا السياق، تبرز بعض المشاكل مثل عدم استقرار الكيوبتات وعدم قدرتها على الاحتفاظ بالمعلومات التي تخزنها لفترةٍ طويلة، وهو ما يعني ضياعاً في المعلومات والبيانات.

على صعيدٍ آخر، يتم استخدام خصائص معينة للجسيمات الذرية ودون الذرية من أجل ترميز الكيوبتات، مثل خاصية اللف الذاتي (Spin) وخاصية الحركة المدارية للجسيمات (Orbital Motion)، وقد تم سابقاً استخدام حاملات الشحنة الموجبة -أو الثقوب (Holes)- في السيليكون لترميز كيوبتات تعتمد على خصائص اللف الذاتي والحركة المدارية، وبالرّغم من إيجابياتها وخصائصها المرغوبة في مجال الحوسبة الكمومية، إلا أنها تتأثر بشكلٍ كبير بالضجيج الكهربائي والذي يُساهم بدوره في قدرتها على الاحتفاظ بالمعلومات، وهي الخاصية المعروفة باسم زمن الاحتفاظ (Retention time) أو زمن التماسك (Coherence Time). 

بحسب القائمين على البحث الجديد، فإن الكيوبتات -المعتمدة على خصائص الربط ما بين اللف الذاتي (السبين) والحركة المدارية (Spin-Orbit Coupling)- تمتلك وظائف وقدرات مرغوبة أكثر من نظيراتها المعتمدة فقط على اللف الذاتي، إلا أن قصر زمن التماسك الخاص بها والذي تم قياسه ليكون ما بين 0.1 و حتى 1 مايكرو ثانية هو عاملٌ سلبيّ يحد من إمكانية استخدام هذا النمط من الكيوبتات.

حول البحث

ركّز باحثو جامعة توهوكو على تحسين قدرة الكيوبتات -المرمزة باستخدام خصائص اللف الذاتي والحركة المدارية (Spin-Orbit Qubits)- من ناحية قدرتها على الاحتفاظ بالمعلومات ولأطول فترة زمنية ممكنة، حيث تم إجراء تجربة على الثقوب (حاملات الشحنة الموجبة) ضمن ذرات البورون الموجودة في كتلة سيليكونية، وقاموا بتنفيذ عملية ربط ما بين خصائص اللف الذاتي والحركة المدارية بحيث تضبط إحداها الأخرى (بشكلٍ مشابه لترابط المسننات ضمن الساعة، التي يؤدي عملها مجتمعةً إلى ضبط حركة العقارب وجعلها تدور بشكلٍ صحيح).

الأهمية والأثر

أشار الباحثون إلى أن تقنيتهم الجديدة تتيح للكيوبتات الاحتفاظ بالمعلومات حتى زمنٍ يبلغ 10 ملي ثانية، وهو ما يعني قدرة أعلى بحوالي 10,000 وحتى 100,000 مرة من المعدلات الزمنية السابقة التي كانت تظهرها الكيوبتات من ناحية قدرتها على الاحتفاظ بالمعلومات.

من شأن هذا الإنجاز فتح الباب أمام العاملين في مجال تصنيع الحواسيب الكمومية لاستخدام آليات وطرق جديدة في الخصائص المستخدمة لترميز الكيوبتات، وعدم جعلها مقتصرة فقط على اللف الذاتي. يُشير الباحثون إلى أن التقنية الجديدة تُسهل من عملية استخدام جسيمات أخرى مثل الفوتونات في بناء الكيوبتات.

تم نشر تفاصيل البحث الجديد ضمن ورقة بحثية في مجلة نيتشر تحت عنوان: هندسة زمن تماسك طويل للف الذاتي ضمن للكيوبتات المعتمدة على اللف الذاتي والمدار في مادة السيليكون (Engineering long spin coherence time of spin-orbit qubits in Silicon).


شارك