ابتكر علماء أستراليون أول دائرة كمبيوتر كمومية في العالم - واحدة تحتوي على جميع المكونات الأساسية الموجودة في شريحة كمبيوتر كلاسيكية ولكن على نطاق كمي.
وكان هذا الاكتشاف التاريخي، الذي نشر في مجلة Nature، قيد الإعداد لمدة تسع سنوات.
وقالت ميشيل سيمونز، المعدة الرئيسية والفيزيائية الكمومية، ومؤسسة الحوسبة الكمومية للسيليكون ومديرة مركز التميز للحوسبة الكمية وتكنولوجيا الاتصالات في جامعة نيو ساوث ويلز، لموقع "ساينس ألرت": "هذا هو الاكتشاف الأكثر إثارة في مسيرتي المهنية".
ولم تكتف سيمونز وفريقها بإنشاء ما هو أساسا معالج كمومي وظيفي، بل قاموا أيضا باختباره بنجاح عن طريق نمذجة جزيء صغير لكل ذرة حالات كمومية متعددة - وهو أمر سيكافح الكمبيوتر التقليدي لتحقيقه.
ويشير هذا إلى أننا الآن نقترب خطوة من استخدام قوة المعالجة الكمومية أخيرا لفهم المزيد عن العالم من حولنا، حتى على أصغر نطاق.
وقالت سيمونز: "في الخمسينيات من القرن الماضي، قال ريتشارد فاينمان، إننا لن نفهم أبدا كيف يعمل العالم - كيف تعمل الطبيعة - ما لم نتمكن بالفعل من البدء في صنعه على نفس النطاق. وإذا تمكنا من البدء في فهم المواد على هذا المستوى، فيمكننا تصميم أشياء لم يتم صنعها من قبل. السؤال هو: كيف تتحكم في الطبيعة بالفعل على هذا المستوى؟".
ويأتي الاختراع الأخير بعد إنشاء الفريق لأول ترانزستور كمي في عام 2012. (الترانزستور هو جهاز صغير يتحكم في الإشارات الإلكترونية ويشكل جزءا واحدا فقط من دائرة الكمبيوتر. الدائرة المتكاملة أكثر تعقيدا لأنها تجمع الكثير من الترانزستورات معا).
ولتحقيق هذه القفزة في الحوسبة الكمومية، استخدم الباحثون مجهر مسح نفقي في فراغ عالي جدا لوضع النقاط الكمومية بدقة تحت نانومتر.
ويجب أن يكون وضع كل نقطة كمومية صحيحا تماما حتى تتمكن الدائرة من محاكاة كيف تقفز الإلكترونات على طول سلسلة من الكربون أحادي وثنائي الترابط في جزيء بولي أسيتيلين.
وكانت أصعب الأجزاء هي اكتشاف: كم عدد ذرات الفوسفور بالضبط التي يجب أن تكون في كل نقطة كمومية؛ بالضبط إلى أي مدى يجب أن تكون كل نقطة متباعدة؛ ثم هندسة آلة يمكنها وضع النقاط الصغيرة في الترتيب الصحيح تماما داخل شريحة السيليكون.
ويقول الباحثون إنه إذا كانت النقاط الكمومية كبيرة جدا، فإن التفاعل بين نقطتين يصبح "أكبر من أن يتم التحكم فيهما بشكل مستقل".
وإذا كانت النقاط صغيرة جدا، فإنها تقدم العشوائية لأن كل ذرة فوسفور إضافية يمكن أن تغير بشكل كبير كمية الطاقة اللازمة لإضافة إلكترون آخر إلى النقطة.
واحتوت الشريحة الكمومية النهائية على 10 نقاط كمومية، كل منها يتكون من عدد صغير من ذرات الفوسفور.
وتمت محاكاة روابط الكربون المزدوجة عن طريق وضع مسافة أقل بين النقاط الكمومية مقارنة بالروابط الكربونية المفردة.
وتم اختيار البولي أسيتيلين لأنه نموذج مشهور ويمكن بالتالي استخدامه لإثبات أن الكمبيوتر كان يحاكي بشكل صحيح حركة الإلكترونات عبر الجزيء.
وهناك حاجة إلى أجهزة الكمبيوتر الكمومية لأن أجهزة الكمبيوتر الكلاسيكية لا يمكنها نمذجة الجزيئات الكبيرة؛ إنها معقدة للغاية.
وعلى سبيل المثال، لإنشاء محاكاة لجزيء البنسلين مع 41 ذرة، سيحتاج الكمبيوتر الكلاسيكي إلى 1086 ترانزستور، وهو "عدد أكبر من الترانزستورات من عدد الذرات الموجودة في الكون المرئي".
وبالنسبة للحاسوب الكمومي، سيتطلب فقط معالجا يحتوي على 286 كيوبت (بتات كمومية).
ونظرا لأن العلماء حاليا لديهم رؤية محدودة حول كيفية عمل الجزيئات على المستوى الذري، فهناك الكثير من التخمينات في إنشاء مواد جديدة.
وهناك تطبيق آخر محتمل للحوسبة الكمومية هو دراسة التمثيل الضوئي الاصطناعي، وكيف يتم تحويل الضوء إلى طاقة كيميائية من خلال سلسلة عضوية من التفاعلات.
وتم إنشاء أول ترانزستور حاسوبي كلاسيكي في عام 1947. وبنيت أول دائرة متكاملة في عام 1958. وتفصل بين هذين الاختراعين 11 سنة. وحقق فريق سيمونز هذه القفزة قبل عامين من الموعد المحدد.
المصدر: ساينس ألرت
