تعلن Microsoft عن إحراز تقدم في نوع جديد تمامًا من الكيوبت

حتى الآن ، تم تسويق تقنيتين أساسيتين للحوسبة الكمومية. نوع واحد من الأجهزة ، يسمى جهاز الإرسال ، يتضمن حلقات سلكية فائقة التوصيل مرتبطة بمرنان. يتم استخدامه من قبل شركات مثل Google و IBM و Rigetti. استخدمت شركات مثل Quantinuum و IonQ بدلاً من ذلك أيونات مفردة محتجزة في مصائد ضوئية. في الوقت الحالي ، كلا التقنيتين في وضع حرج. من الواضح أنهم أثبتوا فعاليتهم ، لكنهم يحتاجون إلى بعض التحسينات الهامة في الجودة والجودة قبل أن يتمكنوا من إجراء عمليات حسابية مفيدة.

قد يكون من المفاجئ بعض الشيء أن نرى أن Microsoft ملتزمة بتقنية بديلة تسمى “الكيوبتات الطوبولوجية”. هذه التكنولوجيا بعيدة بما يكفي عن الخيارات الأخرى للشركة أعلنت للتو لقد عملت في الفيزياء لتكوين كيوبت. لفهم نهج Microsoft بشكل أفضل ، تحدث آرس إلى مهندس Microsoft Chetan Nayak حول تقدم الشركة وخططها.

أساس كيوبت

بدأت Microsoft خلف بعض المنافسين لأن الفيزياء الأساسية لنظامها لم يتم تحديدها بالكامل. يعتمد نظام الشركة على الإنتاج المتحكم فيه لـ “جسيم ماجورانا” ، وهو الشيء الذي تم إثبات وجوده فقط خلال العقد الماضي (وحتى في ذلك الوقت ، فإن اكتشافه قد تم كانت مثيرة للجدل).

حصل الجسيم على اسمه من إيتوري ماجورانا ، الذي اقترح الفكرة في عشرينيات القرن الماضي. بعبارات أبسط ، جسيم ماجورانا هو جسيمه المضاد. جسيمان من ماجورانا يختلفان في دورانهما سوف يهلكان إذا التقيا. حتى الآن ، لا يبدو أن أيًا من الجسيمات المعروفة هو جسيم ماجورانا (الكل باستثناء النيوترينوات ليس كذلك). لكن هذا المفهوم استمر بسبب احتمال صنع أشباه جسيمات ماجورانا ، أو مجموعة من الجسيمات والحقول التي ، في سياقات معينة ، تتصرف كما لو كانت جسيمًا واحدًا.

من المحتمل أن يكون الجسيم شبه الأبرز هو زوج Cooper ، حيث يتم إقران إلكترونين بطريقة تغير سلوكهما. أزواج Cooper ضرورية للحصول على الموصلية الفائقة للعمل.

قال ناياك إن نظام مايكروسوفت يتضمن سلكًا فائق التوصيل وأزواج كوبر المصاحبة له. في ظل الظروف العادية ، فإن وجود إلكترون إضافي غير مزدوج يفرض تكلفة على إجمالي طاقة النظام. لكن في سلك صغير بدرجة كافية في وجود مجالات مغناطيسية ، من الممكن لصق إلكترون في نهاية السلك بدون تكلفة طاقة. قال ناياك لآرس: “في الحالة الطوبولوجية والموصل الفائق الطوبولوجي ، ينتهي بك الأمر إلى وجود حالات يمكنها ، بدون تكلفة طاقة ، امتصاص إلكترون إضافي”.

نظرًا لكونها ميكانيكا الكم ، فإن الإلكترون ليس موضعيًا في نهاية السلك حيث يتم إدخاله ؛ بدلاً من ذلك ، يتم نقله إلى كلا الطرفين. قال ناياك: “إن الطرفين هما الجزءان الحقيقي والخيالي لدالة الموجة الكمومية ، أساسًا”. تسمى هذه الحالات النهائية أوضاع Majorana zero ، وتقول Microsoft الآن إنها أنشأتها وقامت بقياس خصائصها.

من شبه الجسيمات إلى الكيوبت

لا يمكن استخدام أوضاع Majorana zero بمفردها كوحدات كيوبت. لكن ناياك قال إنه من الممكن ربطها بنقطة كمومية قريبة. (النقاط الكمومية هي قطع من مادة بحجمها بحيث تكون أصغر من الطول الموجي للإلكترون في تلك المادة.) وصف سلكًا على شكل حرف U مع أوضاع صفرية ماجورانا في كل طرف وتلك الأطراف قريبة من نقطة كمومية.

قال ناياك لآرس: “يمكنك ، كعملية افتراضية ، أن يكون لديك نفق إلكترون بعيدًا عن النقطة الكمومية في وضع صفر ماجورانا ونفق إلكترون بعيدًا عن وضع ماجورانا صفر الآخر وعلى النقطة الكمومية”. تغير هذه التبادلات قدرة النقطة الكمومية على تخزين الشحنة (سعتها ، بمعنى آخر) ، وهي خاصية يمكن قياسها. قال ناياك أيضًا إنه يمكن التحكم في الاتصالات بين السلك والنقاط الكمومية ، مما قد يسمح بفصل أنماط ماجورانا صفر ، مما سيساعد في الحفاظ على حالتها.

لم تصل Microsoft إلى نقطة ربط نقطة كمومية. لكنها بذلت قدرًا كبيرًا من العمل لجعل الحالة الطوبولوجية تعمل في السلك. المواد التي تستخدمها الشركة غير عادية نسبيًا: الألومنيوم كسلك فائق التوصيل وزرنيخيد الإنديوم كأشباه الموصلات التي تحيط به. مايكروسوفت تقوم بتصنيع جميع الأجهزة نفسها.