تحقق أجهزة الكمبيوتر الكمومية تصحيحًا تلقائيًا للأخطاء لأول مرة

يمكن لجهاز تبريد صغير أن يعيد ضبط المكونات التالفة في الكمبيوتر الكمي تلقائيًا. ويشير أدائها إلى أن المعالجة الحرارية يمكن أن تمكن الأجهزة الكمومية المستقلة الأخرى أيضًا.

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 غير صحيحة حتى قبل بدء الحساب. إحدى طرق “إعادة ضبط” الكيوبتات إلى مواقعها الصحيحة هي تبريدها.

سيموني جاسبارينيتي في جامعة تشالمرز للتكنولوجيا في السويد وزملاؤه، تم تكليف “ثلاجة” كمومية مستقلة لأول مرة.

ابتكر الباحثون كيوبتين و”كيوتريت”، الذي يمكنه تخزين معلومات أكثر تعقيدًا من كيوبت واحد، من دوائر صغيرة فائقة التوصيل. يشكل الكيوبت والكيوبت الواحد مخزنًا مؤقتًا للبت الكمي المستهدف الآخر، والذي يمكن استخدامه في النهاية للحساب.

قام الباحثون بتصميم التفاعلات بين المكونات الثلاثة بعناية للتأكد من أنه عندما يكون لدى الكيوبت المستهدف الكثير من الطاقة، مما يؤدي إلى حدوث أخطاء، فإن الحرارة تهرب منه تلقائيًا وتنتقل إلى العنصرين الآخرين أدى هذا إلى خفض درجة حرارة البت الكمي المستهدف وإعادة ضبطه. ونظرًا لأن العملية كانت مستقلة، فيمكن لثلاجة الكيوبت والكيوبت تصحيح الأخطاء دون أي تحكم خارجي.

عامر علييقول تشالمرز، الذي يعمل أيضًا في جامعة التكنولوجيا، إن هذا النهج لإعادة ضبط الكيوبتات يتطلب أجهزة جديدة أقل من الطرق التقليدية، وقد حقق نتائج أفضل. وبدون أي إعادة تصميم كبيرة للحاسوب الكمي أو إدخال سلاسل جديدة، كانت الحالة الأولية للكيوبت صحيحة بنسبة 99.97% من الوقت. وعلى النقيض من ذلك، فإن طرق إعادة الضبط الأخرى عادةً ما تنجح في تحقيق 99.8 بالمائة فقط، كما يقول.

ويقول هذا مثال قوي على كيف يمكن للآلات الديناميكية الحرارية – التي تتعامل مع الحرارة والطاقة ودرجة الحرارة – أن تكون مفيدة في عالم الكم. نيكول يونغ هالبيرن في المعهد الوطني للمعايير والتكنولوجيا في ولاية ماريلاند، الذين عملوا في المشروع.

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

“من الجيد أن نرى هذه الآلة قيد العمل ومفيدة. وحقيقة أنها مستقلة، لذا فهي لا تحتاج إلى تحكم خارجي، يجب أن تجعلها فعالة ومتعددة الاستخدامات”. نيكولاس برونر في جامعة جنيف في سويسرا.

مايكل هوروديكي قالت جامعة غدانسك في بولندا إن المشكلة الأكثر إلحاحًا بالنسبة لأجهزة الكمبيوتر الكمومية المبنية بدوائر فائقة التوصيل هي التأكد من عدم ارتفاع درجة حرارة الأجهزة وبالتالي التسبب في حدوث أخطاء. 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.

ويتطلع الباحثون بالفعل لمعرفة ما إذا كان بإمكانهم البناء على تجربتهم. على سبيل المثال، يمكنهم بناء ساعة كمومية مستقلة أو تصميم حاسوب كمومي بوظائف أخرى يتم تشغيلها تلقائيًا عن طريق الاختلافات في درجات الحرارة.