تحصل أجهزة الكمبيوتر الكمومية على تصحيح تلقائي للأخطاء لأول مرة

يمكن لجهاز تبريد صغير إعادة ضبط المكونات المعطوبة في الكمبيوتر الكمي تلقائيًا. ويشير أدائها إلى أن التلاعب بالحرارة قد يؤدي أيضًا إلى تمكين أجهزة كمومية أخرى مستقلة.

أجهزة الكمبيوتر الكمومية ليست عملية بالكامل بعد لأنها ترتكب الكثير من الأخطاء. في الواقع، إذا ارتفعت درجة حرارة الكيوبتات – وهي المكونات الرئيسية لهذا النوع من أجهزة الكمبيوتر – عن طريق الخطأ وأصبحت نشطة للغاية، فقد ينتهي بها الأمر إلى حالة خاطئة حتى قبل بدء الحساب. إحدى طرق “إعادة ضبط” الكيوبتات إلى حالتها الصحيحة هي تبريدها.

وقد قام سيمون جاسبارينيتي – من جامعة تشالمرز للتكنولوجيا في السويد – وزملاؤه بتفويض هذه المهمة إلى “ثلاجة” كمومية مستقلة لأول مرة.

قام الباحثون ببناء اثنين من الكيوبتات وواحد “كيوتريت”، والذي يمكنه تخزين معلومات أكثر تعقيدًا من الكيوبت، من دوائر صغيرة فائقة التوصيل. شكّل الكيوتريت وأحد الكيوبتات ثلاجة للبت الكمي المستهدف الثاني، والتي يمكن استخدامها في النهاية للحساب.

قام الباحثون بتصميم التفاعلات بين المكونات الثلاثة بعناية للتأكد من أنه عندما يحتوي الكيوبت المستهدف على الكثير من الطاقة، مما تسبب في حدوث أخطاء، تتدفق الحرارة تلقائيًا منه إلى العنصرين الآخرين. أدى هذا إلى خفض درجة حرارة البت الكمي المستهدف وإعادة ضبطه. ونظرًا لأن هذه العملية كانت مستقلة، فيمكن لثلاجة الكيوبت والكيوتريت تصحيح الأخطاء دون أي سيطرة خارجية.

يقول عامر علي، وهو أيضًا من جامعة تشالمرز للتكنولوجيا، إن هذا النهج لإعادة ضبط الكيوبت يتطلب أجهزة جديدة أقل من الطرق التقليدية، وقد حقق نتائج أفضل. وبدون أي إعادة تصميم هامة للحاسوب الكمي أو إدخال أسلاك جديدة، كانت حالة بداية الكيوبت صحيحة بنسبة 99.97% من الوقت. وفي المقابل، فإن طرق إعادة الضبط الأخرى عادةً ما تنجح في تحقيق 99.8 في المائة فقط، كما يقول.

وهذا مثال قوي على كيف يمكن للآلات الديناميكية الحرارية – التي تتعامل مع الحرارة والطاقة ودرجة الحرارة – أن تكون مفيدة في عالم الكم، كما تقول نيكول يونغر هالبيرن من المعهد الوطني للمعايير والتكنولوجيا في ماريلاند، والتي عملت في المشروع.

لقد أشعلت الآلات الديناميكية الحرارية التقليدية مثل المحرك الحراري ثورة صناعية كاملة، لكن حتى الآن لم تكن الديناميكا الحرارية الكمومية عملية للغاية. “أنا مهتم بجعل الديناميكا الحرارية الكمومية مفيدة. يقول يونغر هالبيرن: «إن هذه الثلاجة الكمومية المستقلة التي يمكن القول إنها مفيدة هي المثال الأول لدينا».

“من الجميل أن نرى هذه الآلة مطبقة ومفيدة. ويقول نيكولاس برونر من جامعة جنيف في سويسرا: “إن حقيقة أنها مستقلة، وبالتالي لا تتطلب أي سيطرة خارجية، من شأنها أن تجعلها فعالة ومتعددة الاستخدامات”.

يقول ميشال هوروديكي من جامعة جدانسك في بولندا إن إحدى المشكلات الأكثر إلحاحًا بالنسبة لأجهزة الكمبيوتر الكمومية المبنية بدوائر فائقة التوصيل هي التأكد من عدم ارتفاع حرارة الآلات وبالتالي ارتكاب الأخطاء. ويقول إن التجربة الجديدة تفتح الطريق أمام العديد من المشاريع المماثلة التي تم اقتراحها ولكن لم يتم اختبارها مطلقًا، مثل استخدام الكيوبتات لبناء محركات كمومية مستقلة.

يبحث الباحثون بالفعل فيما إذا كان بإمكانهم البناء على تجربتهم. على سبيل المثال، قد ينشئون ساعة كمومية مستقلة أو يصممون حاسوبًا كميًا بوظائف أخرى مدفوعة تلقائيًا باختلافات درجات الحرارة.