ابتكار "بت كمومي" جديد لأجهزة الحاسوب الكمومية

© AP Photo / Kirsty Wigglesworth

الثورة الابتكارية: ما الذي وفرته نقاط الكم للاختراق في مجال الطب

من تصميم بت كمومي جديد تماماً غير مبني على أساس وصلة جوزيفسون، وهو عبارة عن فجوة في الموصلات الفائقة، وإنما على أسلاك صلبة نانوية فائقة التوصيل، علماً أن نتائج بحث العلماء تم نشرها في مجلة "Nature Physics".

على الرغم من حقيقة أن الحاسوب الكمومي لم يتم تصميمه بعد على نطاق واسع إلا أن مبدأ العمليات الحسابية الذي يعمل على أساسه الحاسوب الكمومي يسمح لنا الآن بحل المسائل المعقدة جداً. على سبيل المثال في بعض المختبرات وبمساعدة "كيوبت" يقوم الباحثون بمحاكاة المركبات الكيميائية والمواد ويعيدون إنشاء آلية عمليات التمثيل الضوئي. ولهذا من المهم جداً تحسين العناصر الأساسية للحاسوب الكمومي بأقرب وقت ممكن، على وجه الخصوص العمل على تطوير الخلية الحاسوبية الرئيسية وهي كيوبت.

هناك عدة طرق لتصميم كيوبت. على سبيل المثال تم تصميم كيوبت الذي يعمل في النطاق البصري. ومع ذلك فمن الصعب نشرها على نطاق واسع خلافاً لما هو عليه الحال في كيوبت فائق التوصيل الذي يعمل في نطاق الراديو والمبنية على أساس ما يسمى وصلات جوزيفسون، مع الإشارة إلى أن كل انتقال من هذا النوع يمثل انقطاعاً في الموصلات الفائقة، أو بشكل أدق، في الطبقة العازلة التي يمر من خلالها الالكترونات.

إن الكيوبت الجديد مصمم على أساس تأثير مرحلة الانزلاق الكمية — التأثير الذي يتحكم بعملية الانهيار المتقطعة واستعادة الموصلية الفائقة في أسلاك النانوية متناهية الصغر (سماكته حوالي 4 نانو متر)، التي تتمتع بمقاومة كبيرة نسبياً في حالتها الطبيعية. ولأول مرة لاحظ رئيس هذا العمل أوليغ أوستينوف التأثير المتوقع من الناحية النظرية أثناء إجراء التجربة. حالياً أوليغ يرأس مختبر "نظم الكم الاصطناعي" في معهد موسكو للفيزياء والتكنولوجيا وهو بروفسور في جامعة لندن وفي مختبر الوطني الفيزيائي تدينغتون. حيث تم نشر عمله الرائد في مجلة "Nature" عام 2012.

قريبا..."حاسوب كمومي" بحجم ملعب كرة قدم

وبحسب قول أحد الباحثين المشاركين في هذا العمل الجديد وهو ألكسي أوستينوف الذي يترأس فريق مركز الكم الروسي ورئيس مختبر "المادة الخارقة فائقة الموصولية" في جامعة ميسيس وكذلك وهو بروفسور معهد كارلسروه للتكنولوجيا في ألمانيا لقد تمكنا الآن من تصميم نوع جديد من الأجهزة فائقة التوصيل والتي تشبه إلى حد بعيد مقياس التداخل الكمي فائق الموصلية.

في حقيقة الأمر فإن مقياس التداخل الكمي فائق الموصلية هو عبارة مقياس مغناطيسي فائق الحساسية يستخدم لقياس المجالات المغناطيسية الضعيفة على أساس انتقال جوزيفسون. لكن بدلاً من المجال المغناطيسي فإن التداخل في الجهاز الجديد يحدث عن طريق الحقل الكهربائي، الذي يغير الشحنة الكهربائية في مجال بين اثنين من الأسلاك النانوية. هذه الأسلاك تلعب دور انتقال جوزيفسون في الجهاز، في حين أنها لا تتطلب إحداث فجوات ويمكن صنعها من طبقة واحدة من الموصلات الفائقة.

وكما أشار ألكسي أوستينوف فقد تمكن الباحثون في هذا العمل إظهار بأن هذه المنظومة يمكن أن تعمل بمثابة مقياس تداخل شحنة. حيث أشار الباحث في هذا الشأن قائلاً إذا قمنا بتقسيم السلك إلى قسمين، ووضعنا سماكة في الوسط، فإنه من خلال تغيير الشحنة عبر المغلاق في هذه السماكة يمكن عملياً إنشاء محاكاة دورية لعملية مرور الكموميات المغناطيسية الكوانتية في نفق عبر سلك، كما نراه في هذا العمل". هذه نقطة رئيسية تثبت بأنه تم الحصول على تأثير متماسك يمكن التحكم به وإنه يمكن استخدامه لتصميم كيوبت من الجيل الجديد.