أول دائرة كمية على الإطلاق : تم الإعلان للتو عن خطوة كبيرة إلى الأمام في الحوسبة الكمية
.webp "معالج الكم")
|
| معالج الكم |
ابتكر علماء أستراليون أول دائرة كمبيوتر كمومية في العالم - واحدة تحتوي على جميع المكونات الأساسية الموجودة في شريحة كمبيوتر كلاسيكية ولكن على نطاق كمي.
كان هذا الاكتشاف التاريخي ، الذي نشر في دورية Nature اليوم ، قيد الإنشاء لمدة تسع سنوات.
قالت ميشيل سيمونز ، المؤلفة الرئيسية والفيزيائية الكمومية ، ومؤسسة الحوسبة الكمومية للسيليكون ومديرة مركز التميز للحوسبة الكمية وتكنولوجيا الاتصالات في جامعة نيو ساوث ويلز لـ Live Science AR: هذا هو الاكتشاف الأكثر إثارة في مسيرتي المهنية.
لم تكتفِ سيمونز وفريقها بإنشاء ما هو أساسا معالج كمومي وظيفي ، بل اختبروه أيضا بنجاح عن طريق نمذجة جزيء صغير لكل ذرة حالات كمومية متعددة - وهو أمر سيكافح الكمبيوتر التقليدي لتحقيقه.
هذا يشير إلى أننا الآن نقترب خطوة من استخدام قوة المعالجة الكمومية أخيرا لفهم المزيد عن العالم من حولنا ، حتى على أصغر نطاق.
قال سيمونز لموقع Live Science AR: في الخمسينيات من القرن الماضي ، قال ريتشارد فاينمان ، إننا لن نفهم أبدًا كيف يعمل العالم - كيف تعمل الطبيعة - ما لم نتمكن بالفعل من البدء في صنعه على نفس النطاق.
إذا 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؟
يأتي 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. تعتبر الدائرة المتكاملة أكثر تعقيدا لأنها تجمع الكثير من الترانزستورات معا.)
لتحقيق هذه القفزة في الحوسبة الكمومية ، استخدم الباحثون مجهر مسح نفقي في فراغ عالي جدا لوضع النقاط الكمومية بدقة تحت نانومتر.
يجب أن يكون وضع كل نقطة كمية صحيحا تماما حتى تتمكن الدائرة من محاكاة كيفية قفز الإلكترونات على طول سلسلة من الكربون أحادي وثنائي الترابط في جزيء بولي أسيتيلين.
كانت أصعب الأجزاء هي اكتشاف: عدد ذرات الفوسفور التي يجب أن تكون بالضبط 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.
يقول الباحثون إنه إذا كانت النقاط الكمومية كبيرة جدا ، فإن التفاعل بين نقطتين يصبح أكبر من أن يتم التحكم فيهما بشكل مستقل.
إذا 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.
احتوت الشريحة الكمومية النهائية على 10 نقاط كمومية ، كل منها يتكون من عدد صغير من ذرات الفوسفور.
تمت محاكاة روابط الكربون المزدوجة عن طريق وضع مسافة أقل بين النقاط الكمومية مقارنة بالروابط الكربونية المفردة.
تم اختيار البولي أسيتيلين لأنه نموذج مشهور ويمكن بالتالي استخدامه لإثبات أن الكمبيوتر كان يحاكي بشكل صحيح حركة الإلكترونات عبر الجزيء.
هناك حاجة إلى أجهزة الكمبيوتر الكمومية لأن أجهزة الكمبيوتر الكلاسيكية لا يمكنها نمذجة الجزيئات الكبيرة ؛ هم فقط معقدة للغاية.
على سبيل المثال ، لإنشاء محاكاة لجزيء البنسلين مع 41 ذرة ، سيحتاج الكمبيوتر الكلاسيكي إلى 10 86 ترانزستورا ، وهو عدد أكبر من الترانزستورات من عدد الذرات الموجودة في الكون المرئي .
بالنسبة للحاسوب الكمومي ، سيتطلب فقط معالجا يحتوي على 286 كيوبت (بتات كمومية).
نظرا لأن العلماء حاليًا لديهم رؤية محدودة حول كيفية عمل الجزيئات على المستوى الذري ، فهناك الكثير من التخمينات في إنشاء مواد جديدة.
يقول سيمونز: لطالما كانت إحدى الأشياء المقدسة تصنع موصلا فائقا بدرجة حرارة عالية. الناس فقط لا يعرفون آلية كيفية عملها.
تطبيق محتمل آخر للحوسبة الكمومية هو دراسة التمثيل الضوئي الاصطناعي ، وكيف يتم تحويل الضوء إلى طاقة كيميائية من خلال سلسلة عضوية من التفاعلات.
مشكلة كبيرة أخرى يمكن أن تساعد الحواسيب الكمومية في حلها هي صناعة الأسمدة. يتم حاليًا كسر روابط النيتروجين الثلاثية في ظل ظروف درجات حرارة وضغط عالية في وجود محفز حديدي لتكوين نيتروجين ثابت للأسمدة.
إن العثور على محفز مختلف يمكنه أن يجعل السماد أكثر فاعلية يمكن أن يوفر الكثير من المال والطاقة.
يقول سيمونز إن إنجاز الانتقال من الترانزستور الكمومي إلى الدائرة في غضون تسع سنوات فقط يحاكي خارطة الطريق التي وضعها مخترعو أجهزة الكمبيوتر الكلاسيكية.
تم إنشاء أول ترانزستور حاسوبي كلاسيكي في عام 1947. وقد تم بناء أول دائرة متكاملة في عام 1958. تفصل بين هذين الاختراعين 11 سنة. حقق فريق Simmons هذه القفزة قبل عامين من الموعد المحدد.