البلورات الزمنية .. ثورة جديدة في الحوسبة الكمومية

اقترح علماء من جامعة سوينبرن للتكنولوجيا في أستراليا وجامعة جاجيلونيان في بولندا استخدام البلورات الزمنية كعنصر أساسي في الحواسيب الكمومية .

 توضح الورقة البحثية الجديدة كيف يمكن للبلورات الزمنية أن تعمل كدوائر زمنية للحفاظ على المكونات الكمومية داخل الحاسوب من التداخل مع بعضها البعض وتقليل الأخطاء ، على الرغم من الحاجة إلى المزيد من الأبحاث للتحقق من جدوى الفكرة، إلا أنها قد تكون لها تأثيرات كبيرة على مستقبل التكنولوجيا الكمومية.

 ما هي البلورات الزمنية؟

تم اقتراح مفهوم البلورات الزمنية لأول مرة في منتصف العقد الثاني من القرن الحالي ، البلورة الزمنية تشبه البلور العادي الذي يحتوي على هيكل متكرر في الفضاء، ولكنها تحتوي على هيكل متكرر في الزمن ،يمكن تشبيه البلورة الزمنية بآلة الحركة الدائمة، حيث تتكرر ترتيبات الذرات أو الجسيمات بشكل مستمر عبر فترات زمنية محددة.

بناء البلورات الزمنية

تم بناء البلورات الزمنية الآن باستخدام أشعة الليزر القوية والذرات فائقة البرودة حيث يمكن لليزر إنتاج أنماط ضوئية متقطعة في فترات زمنية محددة، مما يتسبب في إثارة الجسيمات أو تغيير حالتها الكمومية بشكل متكرر ويعتقد الفيزيائيون أن هذه الأنماط الزمنية المتقطعة قد تساعد في عزل البتات الكمومية الفردية أو "الكيوبتات" التي تشكل وحدات المعالجة في الحاسوب الكمومي.

 ما هي الحواسيب الكمومية؟

تستفيد الحواسيب الكمومية من الظواهر الميكانيكية الكمومية، مثل التراكب والتشابك، لحل المشكلات المعقدة التي لا يمكن للحواسيب التقليدية أو الكلاسيكية حلها. تأتي قوتها من قدرتها على تحويل وتغيير الكيوبتات داخلها، والتي يمكن أن تكون ذرات فردية، جسيمات ضوئية، أيونات، أو جسيمات أخرى. تستخدم شركات مثل جوجل، آي بي إم، وQuantinuum، إلى جانب العديد من الشركات الناشئة الصغيرة، ذرات مختلفة ككيوبتات داخل أنظمتها، مما يوضح تنوع أنواع الحواسيب الكمومية. 

دمج البلورات الزمنية مع الحوسبة الكمومية

في الورقة البحثية الجديدة، يقترح العلماء دمج البلورات الزمنية في الحاسوب الكمومي كلوحة دائرية "زمنية" في هذه اللوحة الدائرية، يمكن للبلورات الزمنية تنظيم توقيت التحليل والمعلومات المتنقلة عبر الكيوبتات، وعزلها عن بعضها البعض والتقليل من بعض الأخطاء المحتملة و كتب الباحثون: "يمكن أن تتوافق عناصر هذه الأجهزة مع هياكل ذات أبعاد أعلى من ثلاثة ويمكن إعادة توصيلها وتكوينها في أي لحظة" وأضافوا أن هذه اللوحات الدائرية يمكن استخدامها في أجهزة كمومية أخرى، مع كون الحوسبة الكمومية التطبيق الأكثر بروزًا.

على الرغم من الحاجة إلى تجارب للتحقق من نظرية الباحثين، فإن الفريق قام بمحاكاة استخدام بلورة زمنية للتحكم في مجموعة من أيونات البوتاسيوم فائقة البرودة التي يتم توجيهها بواسطة نبضة ليزر، مما أظهر أن البلورة الزمنية يمكن أن تخلق إيقاعًا ثابتًا لحركة الأيونات.

إنشاء البلورات الزمنية باستخدام الحواسب الكمومية

 دمج الحوسبة الكمومية والبلورات الزمنية ليس فكرة جديدة ففي عام 2022 قام الفيزيائيون الأستراليون بمحاكاة بلورة زمنية باستخدام حاسوب كمومي، مما أوجد واحدة تضم 57 جسيمًا، وهي أكبر بلورة زمنية حتى الآن. وقبل ذلك، قام فريق الحوسبة الكمومية في جوجل بإنشاء بلورة زمنية تحتوي على 20 كيوبت باستخدام الحاسوب الكمومي Sycamore الخاص بجوجل.

بينما تم استخدام الحواسيب الكمومية سابقًا لإنشاء البلورات الزمنية، قد يعتمد مستقبل الابتكار في الحوسبة الكمومية على دمج البلورات الزمنية في حواسيب كمومية أكبر وأجهزة أخرى.