الذرات العملاقة الفائقة قد تحل أخيراً مشكلة فك الترابط في الحوسبة الكمومية

تقدم الذرات العملاقة الفائقة في الحوسبة الكمومية حلاً جذرياً لمشكلة فك الترابط المستمرة، والتي تتسبب في فقدان البتات الكمومية الهشة لبياناتها. وقد ابتكر باحثون في جامعة Chalmers إطاراً نظرياً يحمي الحالات الكمومية من الضوضاء الكهرومغناطيسية. ويمكن لهذا النهج الجديد أن يتيح أخيراً بناء أجهزة كمبيوتر كمومية مستقرة وواسعة النطاق قادرة على إحداث ثورة في مجالات اكتشاف الأدوية والتشفير.

للتغلب على هشاشة الأنظمة الكمومية، قام العلماء بدمج مفهومين منفصلين سابقاً في كيان واحد. وتتكون الذرة الفائقة من ذرات طبيعية متعددة تشترك في حالة كمومية واحدة وتستجيب للضوء بشكل جماعي. وفي الوقت نفسه، تتصل الذرة العملاقة بموجات الضوء أو الصوت في عدة نقاط منفصلة في الفضاء، وغالباً ما يصل حجمها إلى ملليمترات.

ومن خلال الجمع بين هذه الهياكل، أنشأ فريق البحث نظاماً يتصرف مثل الذرة ولكنه غير موجود في الطبيعة. وتقلل هذه الوحدة الهندسية من فك الترابط مع الحفاظ على استقرارها العالي. ووفقاً لتصريحات الباحث Lei Du، يتيح ذلك تخزين المعلومات الكمومية من بتات كمومية متعددة دون الحاجة إلى دوائر محيطة متزايدة التعقيد.

تسمح البنية الفريدة للذرات العملاقة بالتفاعل مع بيئتها في أماكن متعددة في وقت واحد. وتنتقل الموجات التي تغادر نقطة اتصال واحدة عبر البيئة وتعود للتأثير على الذرة في مكان آخر، مما يخلق صدى كمومياً مفيداً. ويشير الأستاذ المشارك Anton Frisk Kockum إلى أن هذا التفاعل الذاتي يمنح النظام شكلاً من أشكال الذاكرة فيما يتعلق بالتفاعلات السابقة.

كما تحل هذه البنية القيود السابقة المتعلقة بالتشابك الكمومي عبر المسافات. وتحدد الدراسة إعدادين محددين للتحكم في تدفق المعلومات الكمومية. وفي التكوين الأول، تمرر الذرات العملاقة الفائقة المرتبطة ارتباطاً وثيقاً الحالات الكمومية فيما بينها دون أي فقدان للمعلومات.

وفي الإعداد الثاني، يتم تباعد الذرات بشكل أكبر ولكنها تظل مضبوطة بعناية للحفاظ على تزامن موجاتها. وتجعل هذه المزامنة الدقيقة من الممكن توجيه الإشارات الكمومية وتوزيع التشابك عبر مسافات طويلة. وتعتبر هذه القدرات ضرورية لبناء شبكات الاتصالات الكمومية المستقبلية.

يمثل إدخال الذرات العملاقة الفائقة تحولاً حاسماً في كيفية تعامل الصناعة مع تصميم الأجهزة الكمومية. ولسنوات عديدة، كانت الاستجابة القياسية لمشكلة فك الترابط تتمثل في بناء دوائر متزايدة التعقيد ومحمية بشدة حول البتات الكمومية الهشة. ومن خلال هندسة المرونة مباشرة في البنية الذرية نفسها، يتجاوز هذا النموذج النظري تضخم الأجهزة الذي أعاق التطور الكمومي واسع النطاق.

وتعد حقيقة أن هذه الذرات العملاقة يمكن أن تصل إلى أحجام ملليمترية، مما يجعلها مرئية بالعين المجردة مع الاستمرار في الخضوع لميكانيكا الكم، ميزة هائلة للتصنيع. وكما هو مفصل في مجلة Physical Review Letters، فإن القدرة على التحكم في التفاعلات غير المحلية بين الضوء والمادة من المرجح أن تسرع من المناهج الكمومية الهجينة.

وبالنظر إلى المستقبل، ستكون العقبة الرئيسية التالية هي تحويل هذا الإطار من نموذج نظري إلى نموذج أولي مادي. وإذا تمكن الفريق في جامعة Chalmers من بناء هذه الوحدات المترابطة بنجاح، فسيؤدي ذلك إلى خفض حاجز الدخول للشبكات الكمومية المستقرة بشكل كبير. وتثبت فلسفة التصميم الذكية هذه أن التحكم الكمومي الأفضل يعتمد على الفيزياء الأساسية بدلاً من مجرد إضافة أنظمة تبريد وتدريع أكثر تعقيداً.