كيف يمكن لقط شرودنغر أن يجعل أجهزة الكمبيوتر الكمومية تعمل بشكل أفضل

تمكنت البتة الكمومية المستوحاة من قطة شرودنغر من مقاومة ارتكاب الأخطاء لفترة طويلة بشكل غير عادي في تجربة الحوسبة الكمومية. وهذا قد يجعله لبنة بناء واعدة لأجهزة الكمبيوتر الكمومية الأكثر موثوقية في المستقبل.

لقد اعتقد الباحثون منذ فترة طويلة أن أجهزة الكمبيوتر الكمومية يمكنها حل المشكلات التي تكون مستحيلة بالنسبة لأجهزة الكمبيوتر التقليدية، ولكن لم يكن هناك سوى عدد قليل جدًا من العروض التوضيحية لهذه القدرة حتى الآن. وذلك لأن أجهزة الكمبيوتر الكمومية تميل إلى ارتكاب الأخطاء أثناء العمليات الحسابية، ولكن بناء جهاز كمبيوتر كمي قوي بما يكفي لتصحيح أخطائه أمر صعب من الناحية الفنية.

قام زكي ليغطاس من المدرسة العليا للأساتذة في فرنسا وزملاؤه، بالتعاون مع شركة Alice & Bob الناشئة للحوسبة الكمومية، بإنشاء بت كمي، أو كيوبت، يتجنب ارتكاب نوع شائع من الأخطاء لفترة طويلة غير مسبوقة. من 10 ثانية.

لقد صنعوا الكيوبت الخاص بهم عن طريق محاصرة الضوء في ثقب صغير على شريحة مملوءة بدوائر صغيرة مصنوعة من أسلاك موصلة بشكل مثالي – أو “فائقة التوصيل”. يمكن للضوء أن يتأرجح ذهابًا وإيابًا بطريقتين مختلفتين داخل الثقب. ولكن بدلًا من إجبارها على التأرجح في اتجاه واحد فقط، جعلها الفريق تقوم بالأمرين معًا، مما أدى إلى إنشاء تراكب كمي مشابه لذلك الذي يتضمن القطة في تجربة إيروين شرودنغر الفكرية الشهيرة. وبناءً على ذلك، يُطلق على هذا النوع من الكيوبت اسم “الكيوبت القطي”.

يقول ليغتاس إنه منذ أكثر من 10 سنوات، افترض الفيزيائيون أن الكيوبتات الكمومية القطية من غير المرجح أن ترتكب ما يسمى بأخطاء قلب البتات، والتي تعادل الأصفار الرقمية في الكمبيوتر التقليدي التي تتحول تلقائيًا إلى 1، أو العكس. لكن إثبات أن البتات الكمومية القطية في المختبر شديدة المقاومة لتقلبات البتات ليس بالأمر السهل.

لعدة سنوات، يقول إنه وزملاؤه كانوا يكتشفون أخطاء قلب البتات في الكيوبت الكمي لقطتهم كل بضعة أجزاء من الثانية. ومع ذلك، فقد أدركوا مؤخرًا أن العديد من هذه الأخطاء كانت ناجمة بالفعل عن الطريقة التي كانوا يقيسون بها حالات الكيوبت القطي. قادتهم إعادة تصميم هذه العملية إلى قفزة تقنية كبيرة: يمكن الآن للكيوبت الكمي لقطتهم أن يعمل لمدة 10 ثوانٍ دون قلب البتات، وهو أطول بـ 10000 مرة من أي تجربة سابقة.

لقد قام الباحثون ببناء كيوبت واحد فقط باستخدام هذه الخاصية حتى الآن، ولكن بناء المزيد منها يمكن أن يكون خطوة نحو أجهزة كمبيوتر كمومية مفيدة بشكل موثوق. وذلك لأن الكمبيوتر المبني باستخدام البتات الكمومية القطية يمكن أن يخصص المزيد منها للحساب، بدلاً من الاحتفاظ بعدد قليل منها فقط للحساب واستخدام الآخرين لتصحيح أخطاء قلب البتات في البتات الكمومية الحسابية. يقول ليغتاس إن استخدام هذه البتات الكمومية يمكن أن يقلل عدد الكيوبتات اللازمة لتصحيح الأخطاء بنحو 10 مرات مقارنة بتصميمات الكيوبت الأخرى التي تتضمن دوائر فائقة التوصيل.

يقول كريستيان أندرسن من جامعة دلفت للتكنولوجيا في هولندا إنه على الرغم من أن 10 ثوانٍ بين تقلبات البتات تعد فترة طويلة جدًا بالنسبة للكيوبت، إلا أنها ليست خاصية الكيوبت الوحيدة التي تهم. هناك مقايضة بين جعل البت الكمي القط أكثر مرونة في مواجهة أخطاء قلب البتات وجعله أكثر عرضة لأنواع أخرى من الأخطاء عن غير قصد. ويقول إن الدراسات المستقبلية يجب أن تجد الطريقة الأكثر عملية للتعامل مع ذلك.

يقول أندرسن: “هذا أمر رائع حقًا، إنه تقدم جيد، ولكن هناك أيضًا العديد من التحديات”.