يعد طول الفترة الزمنية التي تحتفظ فيها البتات الكمومية (qubits) بطبيعتها الكمومية أمرًا بالغ الأهمية للحوسبة الكمومية لأنه يحدد عدد وتعقيد الحسابات التي يمكنها تنفيذها. لعقود من الزمن، كانت الحكمة التقليدية هي أن زيادة ما يسمى بزمن التماسك يعني حماية الكيوبتات من بعضها البعض ومن الاضطرابات الخارجية. ومع ذلك، فقد قلب الباحثون في معهد بول شيرير في سويسرا، ومعهد ETH Zurich، وEPF Lausanne، هذه الفكرة رأسًا على عقب من خلال إظهار أن بعض الكيوبتات يمكنها البقاء على قيد الحياة لفترات أطول في بيئة صاخبة.

مثل أجهزة الكمبيوتر الكلاسيكية التي تخزن المعلومات في وحدات البت التي لها قيم 0 أو 1، تعتمد الحوسبة الكمومية على أنظمة موجودة في حالتين محتملتين. والفرق هو أن الكيوبتات يمكن أن تكون أيضًا في حالة تراكب لهاتين الحالتين. هذا الغموض هو الذي يمكّنهم من إجراء حسابات معينة بسرعة أكبر بكثير من الآلات الكلاسيكية، لكن الحالات الكمومية هشة وتميل إلى فك الترابط - مما يعني أنها تعود إلى التصرف مثل الأصفار والواحدات الكلاسيكية، وتفقد معلوماتها الكمومية الثمينة.

وفي العمل الأخير، قام الباحثون بقيادة عالم الضوئيات غابرييل إيبلي درست الكيوبتات الصلبة المصنوعة من أيونات التيربيوم المخصبة في بلورات فلوريد الليثيوم الإيتريوم (YLiF)₄). تمتلك هذه الأيونات مستويين كميين منخفضين مع اختلاف في الطاقة في مجال تردد اتصالات 5G، وقد استخدم الباحثون أنظمة الحالة الثنائية هذه كبِتات خاصة بهم. ووجدوا أنه على الرغم من أن معظم الكيوبتات تواجه فقط أوقات تماسك متوسطة، إلا أن حفنة من الكيوبتات التي تتشكل في أزواج من أيونات التيربيوم الموجودة بالقرب من بعضها البعض تبين أنها "متماسكة بشكل رائع".

قمم حادة ومتميزة

لاحظ الباحثون هذه الكيوبتات المتماسكة بشكل غير عادي باستخدام التحليل الطيفي بالموجات الدقيقة ومسبار صدى الدوران، والتي يتم استخدامها بشكل روتيني لقياس أوقات التماسك. لقد وجدوا قممًا حادة جدًا ومتميزة في قياسات الصدى، تتوافق مع أوقات تماسك أطول بكثير (أطول بـ 100 مرة في بعض الحالات) للبتات الكمومية المقترنة بالأيونات مقارنة بالبتات الكمومية الموجودة على مسافات متوسطة من جيرانها. يشرح الفريق أوقات التماسك الطويلة هذه من خلال الإشارة إلى أن الأيونات المقترنة لا يمكنها تبادل الطاقة مع الأيونات المفردة القريبة، وبالتالي لا تتأثر بالتفاعلات معها.

"كان الغرض من هذا البحث هو إثبات أنه من الممكن توليد تراكبات كمومية متماسكة لمستويات المجال البلوري (منظمات مختلفة منخفضة الطاقة من الإلكترونات الموجودة على أيونات الأرض النادرة)، حتى عند تركيزات عالية من الأيونات". أعضاء الفريق ماركوس مولر. "في البداية، لم يكن من الواضح على الإطلاق أننا سنكون قادرين على رؤية أي تماسك في مثل هذه البيئة الصاخبة، وكان اكتشافًا غير متوقع أن التماسك كان غير منتظم إلى حد كبير بين الكيانات المخدرة وأن "الجزر" ذات التماسك العالي يمكن أن ينجو."

ويضيف أن هذا الاكتشاف يمكن أن يفيد تصميمات معماريات الحوسبة الكمومية - خاصة بالنسبة للمخططات التي يتم فيها زرع الكيوبتات بشكل عشوائي في مصفوفة مضيفة. وتشمل التطبيقات المحتملة الأخرى استخدام البتات الكمومية كأجهزة استشعار كمومية للديناميكيات المغناطيسية في بيئاتها. قد يمكّن هذا، على سبيل المثال، الباحثين من استكشاف سرعة انتشار الدوران في الأنظمة العشوائية المزدوجة القطبية في دراسات توطين العديد من الأجسام والدور الذي تلعبه التفاعلات ثنائية القطب في إضعافها.

تحسين حساسية زوج البتات الكمومية

وبالنظر إلى المستقبل، يهدف الباحثون إلى تحسين حساسية أزواج الكيوبتات الخاصة بهم وإعادة إنشاء التراكبات الكمومية للحالات الكهربائية النووية المحلية في المواد المضيفة الخالية من الدوران النووي. ستؤدي إزالة الدوران النووي إلى تقليل المصادر غير المرغوب فيها للضوضاء المغناطيسية، والتي توجد في YLiF₄ تنشأ في المقام الأول من دوران ذرات الفلور.

يكشف مولر: "سنحاول أيضًا تحقيق تراكبات متماسكة مماثلة لحالات أيونية ذات زخم زاوي مختلف". "سيؤدي ذلك إلى توسيع نطاق ترددات الإثارة من منطقة الموجات الدقيقة (30 جيجا هرتز) التي نستخدمها حاليًا إلى النطاق البصري، حيث يسمح توفر الليزر القوي بأوقات إثارة أسرع (ترددات ربيع). وبالفعل، فقد حصلنا بالفعل على نتائج أولية واعدة في هذا الاتجاه”.

يستكشف الفريق أيضًا طرقًا لاستخدام أزواج من المنشطات في سياق معالجة المعلومات الكمومية أو الحوسبة باستخدام المنشطات في السيليكون.

الدراسة مفصلة في فيزياء الطبيعة.

• محتوى مدعوم من تحسين محركات البحث وتوزيع العلاقات العامة. تضخيم اليوم.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. تمكين نفسك. الوصول هنا.
• أفلاطونايستريم. ذكاء Web3. تضخيم المعرفة. الوصول هنا.
• أفلاطون كربون، كلينتك ، الطاقة، بيئة، شمسي، إدارة المخلفات. الوصول هنا.
• أفلاطون هيلث. التكنولوجيا الحيوية وذكاء التجارب السريرية. الوصول هنا.
• المصدر https://physicsworld.com/a/long-lived-qubits-survive-as-islands-in-a-noisy-environment/