آي كيو إم: مصدر موجات فائقة الصغر جديد شديد التبريد يعزّز توسيع نطاق الحواسيب الكمية

(بزنيس واير): في عمل جديد نُشر في مجلّة "نايتشر إلكترونيكس"، طوّر باحثون فنلنديون دائرة تنتج إشارات موجات فائقة الصغر عالية الجودة مطلوبة للتحكّم بالحواسيب الكمية في أثناء التشغيل على درجات حرارة تقارب الصفر المطلق. وهذه خطوة أساسيّة نحو تقريب نظام التحكّم من المعالج الكمي، الأمر الذي قد يسمح بزيادة عدد الكيوبتات في المعالج بشكل كبير. 

هذا وتعتبر الآليّة المعتمدة للتحكّم بالكيوبتات في المعالجات الكمية من العوامل التي تحدّ من حجم أجهزة الحواسيب الكمية. وعادةً ما يتمّ إنجاز ذلك عن طريق استخدام مجموعة من نبضات الموجات فائقة الصغر، وبما أنّ المعالجات الكمية تعمل على درجات حرارة تقارب الصفر المطلق، تُوجَّه عادة نبضات التحكّم من درجة حرارة الغرفة نحو البيئة المبرّدة عبر أسلاك عريضة النطاق.

ومع تزايد عدد الكيوبتات، يزداد عدد الأسلاك المطلوبة. وهذا من شأنه أن يحدّ من الحجم المحتمل للمعالج الكمي، لأنّ المبرّدات التي تقوم بتبريد الكيوبتات لا بدّ لها أن تصبح أوسع لتستوعب مزيداً من الأسلاك بينما تعمل بصعوبة لتبريدها؛ وهي نظريّة خاسرة في نهاية المطاف.

قام اتحادّ بحثيّ مؤلّف من جامعة "آلتو" ومركز "في تي تي" للأبحاث التقنيّة في فنلندا و"آي كيو إم كوانتم كومبيوترز" بتطوير عنصر رئيسيّ لحلّ هذه المعضلة. وفي هذا السياق، قال قائد الفريق السيد ميكو موتونن وهو أستاذ في جامعة "آلتو" ومركز "في تي تي" للأبحاث التقنيّة في فنلندا وأحد مؤسسّي " آي كيو إم" ورئيس علمائها: "أوجدنا مصدراً محدّداً للموجات فائقة الصغر يعمل في نفس درجة الحرارة المنخفضة للغاية تماماً كما تفعل المعالجات الكمية أي تقريباً على درجة حرارة - 273 مئويّة.

أمّا عن مصدر الموجات فائقة الصغر الجديد، فهو عبارة عن جهاز على شكل رقاقة يمكن دمجه مع المعالج الكمي وذات حجم لا يتعدّى الملليمتر الواحد؛ ما يعني انتفاء الحاجة إلى أسلاك تحكّم عالية التردّد تربط درجات حرارة مختلفة. ومع مصدر الموجات فائقة الصغر المنخفضة الطاقة والحرارة، يصبح بالإمكان استخدام ناظمات برد أصغر مع الاستمراريّة في زيادة عدد الكيوبتات في المعالج الواحد.

وأضاف موتونن: "ينتج جهازنا طاقة تزيد مائة مرّة عن تلك الموجودة في الإصدارات السابقة، وهو ما يكفي للتحكّم بالكيوبتات وتنفيذ عمليّات المنطق الكميّ. كما ينتج موجة جيبيّة فائقة الصغر تتأرجح أكثر من مليار مرّة في الثانية. ونتيجة لذلك، فإنّ حدوث أخطاء في عمل الكيوبتات من مصدر الموجات فائقة الصغر ضئيل جداً، الأمر الذي يتطلّب دقّة عند تنفيذ عمليّات المنطق الكميّ".

ومع ذلك، لا يمكن استخدام مصدر الموجات فائقة الصغر المستمر كالذي تمّ إنتاجه عن طريق الجهاز كما هو للتحكّم بالكيوبتات. أولاً، لا بدّ أن تكون الموجات فائقة الصغر ذات شكل مطابق للنبضات. وحالياً، يعمل الفريق على تطوير طرق لتشغيل مصدر الموجات فائقة الصغر وإيقافها بسرعة.

وحتى من دون وجود حل تبديل لإنتاج نبضات، يمكن أن يكون مصدر الموجات فائقة الصغر الفعّال ومنخفض الضوضاء والحرارة مفيداً لمجموعة من التقنيات الكميّة كأجهزة الاستشعار الكميّة. 

وأوضح موتونن قائلاً: "بالإضافة إلى الحواسيب وأجهزة الاستشعار الكميّة، يمكن لمصدر الموجات فائقة الصغر  العمل كساعة للأجهزة الإلكترونيّة الأخرى، وأيضاً تسيير عمل أجهزة مختلفة على إيقاع واحد والسماح لها بإجراء عمليّات لعدّة كيوبتات مختلفة في الوقت المحدّد". 

وتجدر الإشارة إلى أنه تمّ إجراء التحليل النظريّ والتصميم الأوّليّ بواسطة جوها هاسل وآخرين من مركز "في تي تي". وحالياً، يرأس هاسل الذي بدأ العمل على هذا المشروع في مركز "في تي تي"، قسم الهندسة والتطوير في "آي كيو إم كوانتوم كومبيوترز"، الشركة الأوروبيّة الرائدة في أجهزة الحاسوب الكميّة. بعد ذلك، تمّ بناء الجهاز في "في تي تي" وتشغيله من قبل الباحث تشينغيو يان وزملائه في جامعة آلتو باستخدام البنية التحتيّة البحثيّة لل"أوتا نانو". وحالياً، يعمل يان كأستاذ مشارك في جامعة "هوازهونغ" للعلوم والتكنولوجيا في الصين. إنّ الفرق المشاركة في هذا البحث جزء من مركز التميّز في التكنولوجيا الكميّة والمعهد الكمّي الفنلنديّ.

الورقة البحثيّة الأصليّة

تشينغيو يان، وجوها هاسل، وفيزا فيستيرينن، وجينلي زانغ، وجوني آيكونن، وليف غرونبرغ، وجان غواتز، وميكو موتونن، مصدر موجات متناهية الصغر منخفضة الضوضاء بشكل رقاقة متناسقة، "نايتشر إلكترونيكس"،

المعرّف الرقميّ: 10.1038/s41928-021-00680-z (2021)

https://doi.org/10.1038/s41928-021-00680-z (يفتح الموقع بعد وقف الحظر)

إعادة الطباعة متوفرة في أيّ وقت: https://arxiv.org/pdf/2103.07617

للمزيد من الصور في بنك المواد : https://materialbank.aalto.fi/l/sjcg87sHxFfR

لمحة عن "آي كيو إم كوانتم كمبيوترز":

"آي كيو إم" هي الشركة الأوروبية الرائدة في مجال أجهزة الحاسوب الكميّة.

توفّر "آي كيو إم" أجهزة حاسوب كميّة في المواقع لمختبرات البحث ومراكز الحوسبة الفائقة وتوفر وصولاً كاملاً إلى أجهزتها. تقدّم "آي كيو إم" للعملاء الصناعيين ميزة كميّة من خلال نهج التصميم المشترك الفريد الخاص بالتطبيق.
وتطرح شركة "آي كيو إم" أوّل حاسوب كمي تجاريّ بسعة 54 كيوبت بالتعاون مع مركز "في تي تي". ويقوم اتحاد تقوده "آي كيو إم" (كيو-إكزا) ببناء حاسوب كمي ألمانيّ سيتّم دمجه في حاسوب فائق لمركز بيانات الحوسبة عالية الأداء لإنشاء مسرّع للبحث العلميّ في المستقبل. وتملك "آي كيو إم" مكاتب لها في بلباو وميونخ وإسبو ويزيد عدد موظفيها عن 130. للمزيد من المعلومات، يُرجى زيارة النوقع التالي: www.meetiqm.com

يمكنكم الاطلاع على النسخة الأصلية للبيان الصحفي على موقع "بزنيس واير"businesswire.com) ) على الرابط التالي: /https://www.businesswire.com/news/home/20211209005593/en

إنَّ نص اللغة الأصلية لهذا البيان هو النسخة الرسمية المعتمدة. أما الترجمة فقد قدمت للمساعدة فقط، ويجب الرجوع لنص اللغة الأصلية الذي يمثل النسخة الوحيدة ذات التأثير القانوني.