البتات الكمومية للسيليكون قد تمثل أساس الإنترنت الكمومي!

تعمل مراكز T في السيليكون كروابط فوتونية بين الكيوبتات، مما يمثل خطوة كبيرة إلى الأمام للاستفادة من تكنولوجيا الكم في قطاع الاتصالات
حوسبة كمومية - الإنترنت الكمومي
الإنترنت الكمومي

مع تسابق فرق الفيزيائيين وعلماء الحواسيب والمهندسين حول العالم لإنتاج أولى أجهزة الحواسيب الكمومية وتطوير الإنترنت الكمومي، أظهر بحث علمي جديد -يعد بمثابة ثورة في عالم الاتصالات- بأنَّ مادة السيليكون التي تصنع منها مكوّنات الحوسبة الكلاسيكية -وهي أجهزة الحواسيب التي نتعامل بها اليوم- لديها القدرة أيضًا على تخزين البتات الكمومية أو الكيوبتات والتي تمثل المستوى التالي لأداء الحوسبة الكمومية وتأتي في تصاميم مختلفة.

كيوبتات السليكون تمهّد لثورة الإنترنت الكمومي

ظاهرة مركز T ذرات السيليكون - البتات الكمومية
ظاهرة مركز T مفردة داخل ذرات السيليكون

تُعد البتات الكمومية للسيليكون هي إحدى أنواع التصاميم التي توصّل الفيزيائيون لابتكارها بصورة أكثر تقدّمًا. ومن خلال البحث الذي أجراه فريق من جامعة سايمون فريزر في كندا وتمَّ نشره في دورية نيتشر، وجد العلماء بأنَّ بعض العيوب أو الخلل في السيليكون والمعروفة باسم «مراكز T» بإمكانها العمل كروابط فوتونية بين الكيوبتات، مما يمثل خطوة كبيرة إلى الأمام للاستفادة من تكنولوجيا الكم في قطاع الاتصالات.

تعمل الحواسيب الكمومية بالاعتماد على الظواهر الغريبة التي تحدث في فيزياء الكم للجسيمات والذرات والجزيئات، فبدلًا عن استخدام النظام الثنائي الذي يتكوّن من الآحاد والأصفار لتخزين البيانات الحاسوبية، ستكون الترانزستورات الموجودة داخل الأجهزة الكمومية قادرةً على تخزين الآحاد والأصفار أو الاثنين معًا في لحظة واحدة! لتقدّم حوسبة ثورية فائقة من ناحية الأداء والتشفير مقارنةً بأقوى الحواسيب اليوم في العالم.

قد تطرح سؤالاً عزيزي القارئ عن كيفية صنع ترانزستورات كمية؟ للإجابة على ذلك، فإنَّ الحواسيب الكمومية تتخذ مناهج مختلفة، أكثرها لفتًا للنظر هو ما قام به فريق جامعة سايمون من خلال استخدام الفوتون المغزلي الناتج عن عيوب في السليكون باعتباره ترانزستور. حيث تُعد الحركة المغزلية أو الدورانية هي خاصية جوهرية للجسيمات مثل الفوتونات والتي تجعلها تدور لأعلى أو أسفل، ويمكن ترجمة هذه الحركة فائقة السرعة إلى آحاد وأصفار.

تطوير تكنولوجيا الاتصالات المستقبلية

تكنولوجيا الاتصالات - الحوسبة الكمومية
تكنولوجيا الاتصالات

لاحظ الفريق الذي يعمل في مختبر أبحاث تكنولوجيا الكم للسيليكون داخل الجامعة الكندية، حوالي 150 ألف من كيوبتات الفوتون المغزلية في تجاربهم والتي تعد الأطول عمرًا وأكثرها استقرارًا في العالم. حيث تمَّ إنتاج هذه الفوتونات في مراكز T والتي هي عبارة عن عيوب ناتجة عند استبدال ذرة سيليكون بذرتي كربون وذرة هيدروجين في مصفوفة ذرات السيليكون، وتكون هذه الجسيمات محمية من التأثيرات الخارجية بسبب تواجدها داخل المصفوفة.

ذكرت ستيفاني سيمونز، القائدة المشاركة في المشروع ورئيسة أبحاث تكنولوجيا الكم للسيليكون في كندا:

هذا العمل هو أول قياس لمراكز T مفردة في عزلة – وفي الواقع، أول قياس لأي دوران مفرد في السيليكون يتم إجراؤه باستخدام القياسات البصرية فقط.

تضيف سيمونز قائلة:

إنَّ الباعث مثل مركز T الذي يجمع بين الكيوبتات الدورانية عالية الأداء وتوليد الفوتون البصري يُعد مثاليًا لصنع حواسيب كمومية قابلة للتطوير والموزّعة، لأنها تستطيع التعامل مع المعالجة والاتصالات معًا، بدلاً من الحاجة إلى واجهة تقنيتين كموميتين مختلفتين، أحدهما للمعالجة والآخر للاتصالات.

فريق سايمون فريزر - الإنترنت الكمومي
فريق أبحاث تكنولوجيا الكم للسيليكون جامعة سايمون فريزر

يعتقد الفريق من خلال هذا البحث أنه يمكن تطبيقه في مجال الاتصالات المستقبلية لتطوير الإنترنت الكمي، حيث تتمتع مراكز T بميزة البث بنفس الطول الموجي للضوء المستخدم في اتصالات كيبلات الألياف الضوئية ومعدّات الشبكات اليوم.

وفقًا لما ذكرته سيمونز، فإنه يمكن بناء معالجات كمومية تتواصل بطبيعتها مع المعالجات الأخرى، وعندما يتمكّن كيوبت السيليكون من التواصل عن طريق إنتاج فوتونات في نفس النطاق المستخدم في مراكز البيانات وشبكات الألياف، فيمكن الحصول على نفس الفوائد لربط ملايين الكيوبتات اللازمة للحوسبة الكمومية.

السيليكون قد يكون أساس صناعة المعالجات الكمومية على نطاق واسع

تطوير المعالجات الكمومية - الإنترنت الكمومي
تطوير المعالجات الكمومية

يعد استخدام السيليكون في معالجات أجهزة الحواسيب الكمومية عامل جذب كبير لدى الشركات التكنولوجية، حيث لدى صناعة أشباه الموصلات حول العالم بالفعل القدرة على تصنيع شرائح السيليكون للحواسيب بدقة عالية وعلى نطاق واسع وبتكلفة ليست عالية. لكن هذا لا يمثل الإعلان الوحيد، ففي الأسابيع الأخيرة ظهرت العديد من الإعلانات التي توضّح مدى تقارب قطاع الحوسبة الكمومية والكلاسيكية.

فقد أعلنت إنيفيديا عن منصة Quantum Optimized Device Architecture أو (QODA) والتي تهدف إلى جعل الحواسيب الكمومية أكثر سهولة من خلال تطوير نموذج برمجي هجين يجمع بين الحوسبة الكمومية والكلاسيكية. وبالتالي يمكن للأشخاص الذين يعملون في مشاريع الحوسبة عالية الأداء والذكاء الاصطناعي، استخدام المنصة لإضافة الحوسبة الكمومية إلى التطبيقات العملية باستخدام المعالجات الكمومية الحالية وآلات محاكاة الكم المستقبلية.