يمكن للاختصار النظري أن يسرع عمليات معينة على الحالات الكمومية المحمية بأكثر من ألف مرة، مما يمنح الاضطرابات وقتًا أقل لإفساد المعلومات.
قبل أن تتمكن أجهزة الكمبيوتر الكمومية من المساعدة في اكتشاف الأدوية أو تحسين أنظمة الطاقة، فإنها تحتاج إلى إجراء العمليات الحسابية بشكل موثوق. أحد الأساليب الواعدة، يسمى الرموز الكمومية البوسونية، يقوم بتخزين المعلومات في حالات ذات حماية مدمجة ضد أخطاء معينة. يمكن أن يكون إعداد تلك الحالات والسيطرة عليها عملية بطيئة، مما يمنح الاضطرابات مزيدًا من الوقت للتدخل في المعلومات التي تتم حمايتها.
وقد طور الباحثون في جامعة تشالمرز للتكنولوجيا في السويد طريقة نظرية يمكن أن تجعل بعض هذه العمليات أسرع بأكثر من ألف مرة. يتعلق هذا التسريع بإنشاء حالات كمومية محمية والتحكم فيها، وهي مهمة مطلوبة لجعل الحوسبة الكمومية أكثر موثوقية.
يقول لي دو، الباحث في فيزياء الكم التطبيقية في تشالمرز والمؤلف الرئيسي للدراسة المنشورة في مجلة تشالمرز: “تعالج نتائجنا أحد الاختناقات الرئيسية في هذا المجال: كيفية إنشاء الحالات الكمومية لتصحيح الأخطاء والتحكم فيها بسرعة وبشكل موثوق، والتي يمكن أن تلعب دورًا مهمًا في أجهزة الكمبيوتر الكمومية المستقبلية”. رسائل المراجعة البدنية.
من آلاف الدورات إلى دورة واحدة
الطريقة مبنية على بوابات شعرية الكم، وهي مجموعة عالمية من العمليات الكمومية الأولية التي اقترحها مؤخرًا نفس الفريق. يمكن للباحثين الجمع بين هذه العمليات الأساسية لأداء مهام أكثر تعقيدًا تتضمن الحالات البوسونية. يقول تانغيو هوانغ، الباحث في تكنولوجيا الكم في تشالمرز والمؤلف المشارك للدراسة: “يمكنك التفكير في الأمر مثل بناء قلعة كبيرة من الليغو. فبدلاً من تجميعها حجرًا تلو الآخر والمخاطرة بحدوث أخطاء على طول الطريق، تعمل البوابات الشبكية الكم مثل وحدات ليغو مبنية مسبقًا والتي يمكن توصيلها بسرعة وكفاءة”. تطبق الطريقة الجديدة هذه البوابات من خلال التحكم في Floquet، الذي يوجه النظام الكمي باستخدام إشارات التحكم المتكررة. كل تكرار كامل يسمى دورة القيادة. يقول لي دو: “تُظهر طريقتنا أن مجموعة متنوعة من العمليات الكمومية على الحالات البوسونية يمكن إكمالها خلال دورة قيادة واحدة، بدلاً من عدة آلاف من الدورات التي كانت مطلوبة سابقًا.
وهذا يجعل العمليات أسرع وأكثر كفاءة، مع تقليل خطر أن تؤدي الاضطرابات إلى إفساد المعلومات قبل انتهاء العملية. وهذا يمثل خطوة مهمة نحو أجهزة كمبيوتر كمومية تتحمل الأخطاء”. يمكن لأجهزة الكمبيوتر المتسامحة مع الأخطاء الاستمرار في الحساب بشكل موثوق على الرغم من الأخطاء. وهذه القدرة مطلوبة للتطبيقات المتوقعة في مجال التشفير، والذكاء الاصطناعي، والخدمات اللوجستية، فضلا عن اكتشاف الأدوية وأبحاث الطاقة التي يمكن لأجهزة الكمبيوتر الكمومية أن تدعمها في نهاية المطاف.
تخزين المعلومات الكمومية بما يتجاوز الكيوبتات الفردية
توفر الرموز البوسونية الحماية من خلال طريقة تخزين المعلومات. ويمكنهم استخدام الموجات الدقيقة أو الرنانات الضوئية، وهي الأجهزة التي تدعم الموجات الكهرومغناطيسية.
يوضح تانغيو هوانغ: “بدلاً من تخزين المعلومات الكمومية في كيوبتات فردية، تقوم الرموز البوسونية بتشفير المعلومات في مجالات الموجات الميكروية الموجودة داخل الدوائر فائقة التوصيل. وقد ثبت أن هذا النهج يوفر حماية أقوى ضد أنواع معينة من الأخطاء”.
تشمل المصادر المحتملة للأخطاء الضوضاء الكهربائية والإشعاع الكوني وارتفاع درجة الحرارة. تواجه أجهزة الكمبيوتر التقليدية أيضًا أخطاء حسابية، لكن التقنيات المعمول بها تسمح باكتشافها وتصحيحها بسرعة. يجب أن يتعامل تصحيح الخطأ الكمي مع حساسية المكونات التي تحمل المعلومات.
يقول لي دو: “إن اللبنات الأساسية لأجهزة الكمبيوتر الكمومية، والمعروفة باسم الكيوبتات، حساسة للغاية لدرجة أنه حتى أصغر اضطراب يمكن أن يتسبب في انحراف الحالة الكمومية عن الهدف، مما يؤدي إلى فقدان المعلومات. إذا تراكمت أخطاء كثيرة قبل أن يتم تصحيحها، فقد تفشل العملية الحسابية”.
توفر الدوائر فائقة التوصيل أرضًا للاختبار
الطريقة المقترحة مناسبة بشكل خاص لأجهزة الكمبيوتر الكمومية فائقة التوصيل، وهي إحدى المنصات الرائدة التي يتم تطويرها للحوسبة الكمومية واسعة النطاق. يستخدم تشالمرز هذه التكنولوجيا لبناء حاسوب كمي بسعة 100 كيوبت. لا يزال العرض التجريبي لطريقة التحكم الجديدة معلقًا.
يقول تانغيو هوانغ: “الميزة الرئيسية لنهجنا هي أنه يمكن تنفيذه باستخدام منصات الدوائر الكمومية فائقة التوصيل الحالية. نحن نناقش بالفعل الإنجازات التجريبية المحتملة مع زملائنا في تشالمرز، ونأمل أن نرى عرضًا توضيحيًا لهذه الطريقة في المستقبل القريب”.
المرجع: “التحكم في الفلوكة لفترة واحدة للرموز البوسونية باستخدام البوابات الشبكية الكمومية” بقلم Tangyou Huang وLei Du وLingzhen Guo، 3 أغسطس 2026، رسائل المراجعة البدنية.
دوى: 10.1103/tnb8-3m8m
تم تمويل البحث من قبل المؤسسة الوطنية للعلوم الطبيعية في الصين (NSFC)، ومركز والنبرغ لتكنولوجيا الكم (WACQT)، ومؤسسة كنوت وأليس والنبرغ.
scitechdaily.com
