أول كيوبت ميكانيكي في العالم لا يستخدم الضوء أو الإلكترونيات يمكن أن يؤدي ذلك إلى تقنية استشعار الجاذبية فائقة الدقة.
ابتكر العلماء أول كيوبت ميكانيكي في العالم: وهو نظام صغير متحرك يقوم بتخزين المعلومات الكمومية باستخدام الاهتزازات بدلاً من التيارات الكهربائية أو الضوء.
الكيوبتات هي الوحدات الأساسية لل المعلومات الكمومية. على عكس البتات التي تجدها في الكمبيوتر الكلاسيكي، يمكن أن توجد الكيوبتات على شكل 0 أو 1 أو تراكب لكليهما، وذلك بفضل الأعمال الداخلية الغريبة للبتات. ميكانيكا الكم و تشابك.
تقليديا، هذه مصنوعة من فائقة التوصيل الدوائر، مشحونة الذرات (الأيونات) أو الجسيمات الضوئية (الفوتونات). ومع ذلك، يستخدم الكيوبت الميكانيكي الجديد فونونات – نوع من “أشباه الجسيمات” – يتم توليده عن طريق الاهتزازات داخل بلورة الياقوت المصممة بدقة.
شبه الجسيم هو مفهوم يستخدم لوصف سلوك وتفاعلات مجموعة من الجسيمات كما لو أنها تتصرف كجسيم واحد. في هذه الحالة، تمثل الفونونات أشباه الجسيمات التي تعمل بشكل أساسي كحاملات للطاقة الاهتزازية.
وقال العلماء إن هذا الاختراق يمكن أن يمهد الطريق لتقنيات استشعار فائقة الحساسية قادرة على اكتشاف قوى مثل الجاذبية، بالإضافة إلى طرق جديدة للحفاظ على الاستقرار في أجهزة الكمبيوتر الكمومية لفترات أطول. وقد نشروا دراستهم في 14 نوفمبر في المجلة علوم.
متعلق ب: هل سيكون لدينا أجهزة كمبيوتر محمولة كمومية؟
تاريخيًا، اعتُبرت الأنظمة الميكانيكية صعبة للغاية بحيث لا يمكن استخدامها ككيوبتات، وذلك بفضل مبادئ ميكانيكا الكم، فهي لا تكون أبدًا ثابتة تمامًا. هذا يعني أن هناك دائمًا حركة متبقية يجب أخذها في الاعتبار والتحكم فيها حتى تعمل على المستوى الكمي.
وبالمثل، فإن المذبذبات الميكانيكية – وهي الأجهزة التي تقوم بتخزين ونقل الطاقة على شكل فونونات – تخضع عادة لاهتزازات توافقية عند مستويات طاقة متباعدة بشكل متساو. وأوضح العلماء أن هذه مشكلة، لأن التباعد الموحد يجعل من الصعب عزل حالتي الطاقة اللازمتين لتمثيل 0 و1 للكيوبت.
“[The challenge] “هو ما إذا كان بإمكانك جعل مستويات الطاقة متباعدة بشكل غير متساوٍ بما يكفي بحيث يمكنك معالجة اثنين منها دون لمس الآخرين”. يوين تشوقال الفيزيائي في ETH زيورخ علوم.
عالج الباحثون هذه المشكلة من خلال إنشاء نظام “هجين”، يقترن مرنانًا من كريستال الياقوت بقياس 400 ميكرومتر (0.4 ملم) مع كيوبت فائق التوصيل، وضبط الاثنين للتفاعل عند ترددات متخالفة قليلاً. عندما يتفاعل المرنان والكيوبت، فإنه يمزج حالاتهما الكمومية، مما يؤدي إلى مستويات طاقة متباعدة بشكل غير متساو في المرنان – وهي ظاهرة تعرف باسم “عدم التناغم”.
وقد مكّن هذا الباحثين من عزل حالتين مختلفتين من الطاقة، مما أدى إلى تحويل الرنان بشكل فعال إلى كيوبت ميكانيكي.
في حين أن الكيوبت الميكانيكي يمكنه الاحتفاظ بالمعلومات الكمومية ومعالجتها، فقد تم تسجيل دقة النظام – وهو مقياس لمدى دقة تنفيذ العمليات الكمومية – بنسبة 60٪ فقط. وبالمقارنة، فإن الكيوبتات فائقة التوصيل الحديثة غالبًا ما تكون تحقيق الإخلاص فوق 99%.
ومع ذلك، فإن الكيوبتات الميكانيكية قد تقدم مزايا فريدة، كما يقول العلماء. على سبيل المثال، يمكنها التفاعل مع قوى مثل الجاذبية بطرق لا تستطيع الأنظمة الكمومية الأخرى القيام بها، مما يجعلها مرشحة واعدة لتطوير أجهزة استشعار كمومية عالية الحساسية.
وقالوا إن الكيوبتات الميكانيكية قد تكون قادرة أيضًا على تخزين المعلومات الكمومية لفترات زمنية أطول. يعد هذا أمرًا بالغ الأهمية للحفاظ على التماسك، وهو مقياس للمدة التي يمكن أن يظل فيها النظام مستقرًا وإجراء العمليات الحسابية باستخدام البيانات الكمومية دون تدخل.
ويعمل الباحثون الآن على ربط عدة كيوبتات ميكانيكية معًا لإجراء الحسابات الأساسية، والتي قالوا إنها ستمثل خطوة رئيسية نحو التطبيقات العملية لهذه التكنولوجيا.
