أكد فيزيائيو ISTA نظرية تم اقتراحها قبل 20 عامًا والتي يمكن أن تقدم تكنولوجيا الكم.
قد يحتاج الكمبيوتر الكمي المستقبلي إلى وحدات منفصلة لتتصرف كجهاز واحد، حتى عندما تكون منفصلة ماديًا. يتطلب ذلك التشابك الموزع، وهو اتصال كمي بين المكونات البعيدة التي تعتمد عادةً على التحكم النشط والقياسات المتكررة.
لقد أثبت الفيزيائيون في معهد العلوم والتكنولوجيا في النمسا (ISTA) الآن بديلاً مستقلاً. يستخدم نظامهم “حمامًا كميًا” مصنوعًا من جزيئات مترابطة من الضوء لخلق تشابك موزع دون تدخل مستمر. ذكرت في المراجعة البدنية Xتؤكد التجربة التنبؤ النظري الذي تم إجراؤه منذ 20 عامًا وقد توفر أساسًا لتقنيات الكم المستقبلية.
التشابك هو خاصية محددة لفيزياء الكم حيث تتشارك الجسيمات في علاقات لا يمكن تفسيرها بالنظريات الكلاسيكية. إن توسيع هذه الارتباطات عبر الكيوبتات المنفصلة ماديًا (البتات الكمومية) يمكن أن يساعد الباحثين على بناء أجهزة كمبيوتر كمومية أكبر وربطها عبر الشبكات الكمومية.
اتبعت الجهود السابقة لتشابك الكيوبتات البعيدة عمومًا طريقين. يرسل المرء تسيطر عليها بعناية الفوتون من كيوبت إلى آخر. أما الآخر فيتطلب من كل كيوبت أن يصدر فوتونًا، والذي يقوم الباحثون بعد ذلك بمطابقته لإنشاء التشابك. على الرغم من أن العمل الذي يتضمن النهج الثاني ساهم في جائزة نوبل في الفيزياء لعام 2022تعتمد الطريقة على القياسات المتكررة والاختيار اللاحق ولا تنتج تشابكا في كل مرة.
يحل الحمام الكمومي محل التحكم النشط
عمل طالب الدكتوراه أليخاندرو أندريس جوانيس والبروفيسور يوهانس فينك في ISTA مع متعاونين دوليين لإنشاء بيئة تعمل تلقائيًا على مزامنة الكيوبتات البعيدة. يقوم النموذج الأولي الخاص بهم بتوجيه جزيئات الضوء المترابطة من مصدر مشترك نحو اثنين من الكيوبتات المنفصلة، مما يوفر أول عرض تجريبي لاقتراح تم تقديمه منذ أكثر من عقدين من الزمن.
ليس كل التشابك يأخذ نفس الشكل. من السهل نسبيًا توليد الحالات المتشابكة المتغيرة المستمرة لأن خصائصها يمكن أن تختلف بسلاسة، تمامًا مثل الموضع المتغير باستمرار وزخم البندول. ومع ذلك، تعتمد معظم الأجهزة الكمومية العملية على أنظمة متغيرة منفصلة، حيث تتصرف الحالات ذات الصلة وكأنها خيار الكل أو لا شيء الذي يمكن للبتات الكمومية الثابتة استخدامه.
كان التحدي يتمثل في تحويل الشكل المستمر الذي يتم إنتاجه بسهولة أكبر إلى التشابك المنفصل الذي تحتاجه الكيوبتات.
يقول أندريس جوانيس: “في هذا العمل، كنا نهدف إلى التغلب على عدم التوافق بين أشكال التشابك المتاحة بسهولة والمفيدة عمليًا”. “من خلال تحقيق الاستقرار في الدول المتشابكة عن بعد، يصبح نهجنا مستقلاً تمامًا ولا يتطلب أي تحكم أو قياس نشط.”
التشابك يدوم أكثر من الكيوبتات نفسها
يظل الحفاظ على تماسك البتات الكمومية وتشابكها لفترة كافية لإجراء حسابات مفيدة أحد العوائق الرئيسية في عالمنا. الحوسبة الكمومية.
يقول فينك: “في طريقتنا، الحمام الكمومي – أي بيئة الكيوبتات – هو مصدر التشابك. فهو يخلق حالة أرضية جديدة من خلال تدفق مستمر من الفوتونات المترابطة”. “بهذه الطريقة، تستقر حالة الكيوبتات المتشابكة، حتى بعد مرور “عمر” الكيوبتات، وتظل متاحة دائمًا كمورد لمزيد من المعالجة الكمومية. وهذا يجعل هذا النهج مهمًا من الناحية النظرية”.
ونظرًا لأن الحمام يحافظ باستمرار على الحالة المشتركة، فيمكن للباحثين الوصول إلى التشابك عند الحاجة. يجب بدلاً من ذلك استخدام التشابك التقليدي قصير العمر خلال الفترة القصيرة التي يوجد فيها.
وربط الباحثون الكيوبتات بمصدر الضوء المتشابك باستخدام فوتونات الموجات الدقيقة. تُعد هذه الجسيمات منخفضة الطاقة مفيدة بشكل خاص للتحكم في المعلومات الكمومية، كما أنها تدعم بالفعل أنظمة الكيوبت فائقة التوصيل الرائدة.
تُستخدم الفوتونات الضوئية بشكل أكثر شيوعًا في الفيزياء الذرية والبصريات. وقد تجعل من الممكن أيضًا نقل المعلومات الكمومية بين أجهزة الكمبيوتر المنفصلة من خلال كابلات الألياف الضوئية، وهو مجال آخر قيد التحقيق من قبل مجموعة فينك في ISTA.
تؤكد الاختبارات وجود نموذج أولي واعد ولكنه محدود
وتحقق الباحثون من أن الكيوبتين قد أصبحا متشابكين باستخدام التصوير المقطعي الكمي، وهي طريقة تعيد بناء النظام الكمي من العديد من القياسات المنفصلة.
يقول أندريس جوانيس: “يمكن أن تكون الكيوبتات في حالة تراكب من الحالات، لكن كل هذه الحالات تنهار عندما نقيسها، مما يترك لنا حالة 0 أو 1”.
وللكشف عن الحالة الكمومية الأساسية قبل فقدان تلك المعلومات، جمع الباحثون قياسات استمرت من 20 إلى 80 نانو ثانية فقط. النانو ثانية هي جزء من مليار من الثانية.
والنتيجة هي إثبات للمفهوم يُظهر أن الحمام الكمي المشترك يمكنه تشابك اثنين من الكيوبتات المعزولة. يقول أندريس جوانز: “نحن نقدم طريقة بسيطة نسبيًا يمكن توسيع نطاقها لمزامنة عدة كيوبتات بعيدة”.
العملية المستقلة ليست فعالة بعد مثل الأساليب التي تتحكم بشكل فعال في حالات الكيوبت. “إن طريقتنا تنقل حاليًا حوالي 10% من التشابك المتاح في الحمام.”
افترض التنبؤ الأصلي ظروفًا مثالية يصعب إعادة إنتاجها تجريبيًا، مما قد يساعد في تفسير سبب استغراق التأكيد أكثر من 20 عامًا. يقول فينك: “لقد ساعدتنا تجاربنا في الكشف عن العديد من العوامل التي ربما منعت العلماء من تصميم حمام كمي وظيفي باستخدام مصدر واحد للفوتونات المترابطة للتشابك الموزع”.
قد يدعم النموذج الأولي لـ ISTA تجارب البصريات الكمومية الجديدة والجهود المستقبلية لتوسيع المعالجات الكمومية نحو التشغيل المتسامح مع الأخطاء.
المرجع: “توزيع تشابك البتات الثابتة من خلال خزان مضغوط غير محلي” بقلم A. Andrés-Juanes، وJ. Agustí، وR. Sett، وES Redchenko، وL. N. Kapoor، وS. Hawaldar، وP. Rabl، وJ. M. Fink، 13 يوليو 2026، المراجعة البدنية X.
دوى: 10.1103/r4jt-j39w
تم تمويل هذا العمل جزئيًا من قبل صندوق العلوم النمساوي (FWF) من خلال مجموعة التميز quantA 10.55776/COE1 وSFB BeyondC 10.55776/F71، بالإضافة إلى الاتحاد الأوروبي – NextGenerationEU، وISTA. تشمل مصادر التمويل الإضافية برنامج Horizon Europe HORIZON-CL4-2022-QUANTUM-01-SGA عبر المشروع رقم 101113946 OpenSuperQPlus100، ومجلس البحوث الأوروبي رقم. 101089099 (ERC CoG cQEO)، ومشروع QUANTERA MOLAR مع الإشارة PCI2024-153449، بتمويل من MICIU/AEI/10.13039/501100011033 والاتحاد الأوروبي. يعد هذا البحث جزءًا من وادي ميونيخ الكمي، الذي تدعمه حكومة ولاية بافاريا بتمويل من برنامج Hightech Agenda بايرن بلس.
لا تفوت أي اختراق: انضم إلى النشرة الإخبارية SciTechDaily.
تابعونا على جوجل و أخبار جوجل.
المصدر الأصلي: scitechdaily.com