قام مهندسو الكم من جامعة نيو ساوث ويلز في سيدني بإزالة عقبة رئيسية تقف في طريق أجهزة الكمبيوتر الكمومية لتصبح حقيقة واقعة. اكتشفوا تقنية جديدة قالوا إنها ستكون قادرة على التحكم في ملايين من الكيوبتات المغزلية ، وهي الوحدات الأساسية للمعلومات في معالج كمومي من السيليكون.
حتى الآن ، عمل مهندسو وعلماء الكمبيوتر الكمومي مع نموذج إثبات المفهوم للمعالجات الكمومية من خلال إظهار التحكم في عدد قليل فقط من الكيوبتات.
لكن الفريق وجد ما يعتبرونه "قطعة الصور المقطوعة المفقودة" في بنية الكمبيوتر الكمومي التي ينبغي أن تمكن من التحكم في ملايين الكيوبتات اللازمة لإجراء حسابات معقدة بشكل غير عادي.
أراد فريق البحث حل المشكلة التي حيرت علماء الكمبيوتر الكمومي لعقود من الزمن - كيف تتحكم ليس فقط في عدد قليل ولكن ملايين من الكيوبتات دون شغل مساحة ثمينة مع المزيد من الأسلاك ، والتي تستخدم المزيد من الكهرباء وتولد المزيد من الحرارة.
حتى هذه النقطة ، اعتمد التحكم في كيوبتات الإلكترون في توصيل الحقول المغناطيسية الميكروية عن طريق وضع تيار عبر سلك بجوار الكيوبت مباشرةً.
يطرح هذا بعض التحديات الحقيقية إذا أردنا الارتقاء إلى ملايين الكيوبتات التي سيحتاجها الكمبيوتر الكمومي لحل المشكلات ذات الأهمية العالمية ، مثل تصميم لقاحات جديدة.
أولاً ، المجالات المغناطيسية تتساقط بسرعة كبيرة مع المسافة ، لذلك يمكننا فقط التحكم في تلك الكيوبت الأقرب إلى السلك. هذا يعني أننا سنحتاج إلى إضافة المزيد والمزيد من الأسلاك لأننا جلبنا المزيد والمزيد من الكيوبتات ، والتي ستستهلك الكثير من العقارات على الشريحة.
وبما أن الرقاقة يجب أن تعمل في درجات حرارة منخفضة البرودة ، أقل من -270 درجة مئوية ، يقول الدكتور بلا أن إدخال المزيد من الأسلاك من شأنه أن يولد الكثير من الحرارة في الشريحة ، مما يتداخل مع موثوقية الكيوبتات.
لحظة المصباح
تضمن حل هذه المشكلة إعادة تصور كاملة لهيكل رقاقة السيليكون.
بدلاً من وجود الآلاف من أسلاك التحكم على نفس شريحة السيليكون ذات الحجم المصغر والتي تحتاج أيضًا إلى احتواء ملايين الكيوبتات ، نظر الفريق في جدوى توليد مجال مغناطيسي من أعلى الرقاقة يمكنه التعامل مع جميع الكيوبتات في وقت واحد.
طرح علماء الحوسبة الكمومية فكرة التحكم في جميع الكيوبتات في وقت واحد لأول مرة في تسعينيات القرن الماضي ، ولكن حتى الآن ، لم يتوصل أحد إلى طريقة عملية للقيام بذلك ، حتى الآن.
"أولاً ، أزلنا السلك المجاور للكيوبتات ، ثم توصلنا إلى طريقة جديدة لتوصيل مجالات تحكم مغناطيسية بتردد الميكروويف عبر النظام بأكمله. لذا من حيث المبدأ ، يمكننا تقديم مجالات تحكم تصل إلى أربعة ملايين كيوبت "، كما يقول فريق البحث.
قدم الفريق مكونًا جديدًا مباشرة فوق رقاقة السيليكون - منشور بلوري يسمى مرنان عازل. عندما يتم توجيه الموجات الدقيقة إلى الرنان ، فإنها تركز الطول الموجي للموجات الدقيقة وصولاً إلى حجم أصغر بكثير.
يعمل مرنان العزل الكهربائي على تقليص الطول الموجي إلى أقل من ملليمتر واحد ، لذلك لدينا الآن تحويل فعال للغاية لطاقة الميكروويف إلى المجال المغناطيسي الذي يتحكم في دوران جميع الكيوبتات.
هناك نوعان من الابتكارات الرئيسية هنا. الأول هو أنه لا يتعين علينا وضع الكثير من الطاقة للحصول على مجال قيادة قوي للكيوبتات ، مما يعني بشكل حاسم أننا لا نولد الكثير من الحرارة. والثاني هو أن المجال متجانس للغاية عبر الشريحة ، بحيث تختبر ملايين الكيوبتات جميعها نفس مستوى التحكم.
فريق الكم
على الرغم من أن الفريق قد طور النموذج الأولي للرنان التكنلوجيا، لم يكن لديهم كيوبتات السيليكون لاختبارها. لذلك تحدث مع زميله الهندسي في جامعة نيو ساوث ويلز، والذي أظهر فريقه على مدى العقد الماضي أول وأدق منطق كمي باستخدام نفس تكنولوجيا تصنيع السيليكون المستخدمة في صنع رقائق الكمبيوتر التقليدية.
كانت الحواسيب الكمومية التي تستخدم آلاف الكيوبت لحل المشكلات ذات الأهمية التجارية قد حلمت بها في ثمانينيات القرن الماضي فقط ، وقد تكون الآن على بعد أقل من عقد من الزمان. علاوة على ذلك ، من المتوقع أن يجلبوا قوة نارية جديدة لحل التحديات العالمية وتطوير تقنيات جديدة بسبب قدرتهم على نمذجة أنظمة معقدة للغاية.
تغير المناخ وتصميم الأدوية واللقاحات وفك الشفرة و الذكاء الاصطناعي جميعها ستستفيد من تكنولوجيا الحوسبة الكمومية.
واستشرافا للمستقبل
بعد ذلك ، يخطط الفريق لاستخدام هذه التقنية الجديدة لتبسيط تصميم معالجات السيليكون الكمومية على المدى القريب.
تؤدي إزالة سلك التحكم الموجود على الرقاقة إلى توفير مساحة للكيوبتات الإضافية وجميع الإلكترونيات الأخرى المطلوبة لبناء معالج كمي. إنه يجعل مهمة الانتقال إلى الخطوة التالية لإنتاج أجهزة ببعض عشرات الكيوبتات أبسط بكثير.
في حين أن هناك تحديات هندسية يجب حلها قبل أن يتم إنشاء معالجات بمليون كيوبت ، فإننا متحمسون لحقيقة أن لدينا الآن طريقة للتحكم فيها.
ELE تايمز
-
ELE تايمزhttps://www.eletimes.com/author/eletimes-newsقد تستمر أزمة الرقائق العالمية حتى عام 2023 ، كما يقول الرئيس التنفيذي لشركة Infineon
-
ELE تايمزhttps://www.eletimes.com/author/eletimes-newsاستخدام خوارزميات التعلم العميق لمنح راكبي الدراجات "الموجة الخضراء" عند إشارات المرور
-
ELE تايمزhttps://www.eletimes.com/author/eletimes-newsتبتكر الهند تقنية تولد الهيدروجين مباشرة من المخلفات الزراعية
-
ELE تايمزhttps://www.eletimes.com/author/eletimes-newsتقول دراسة إن "الهيدروجين الأزرق" سيء على الأرجح بالمناخ