يطور العلماء ثلاجة باردة قياسية يمكن أن تفتح الإمكانات الكاملة لأجهزة الكمبيوتر الكمومية

لقد نجح الباحثون في تطوير ثلاجة باردة قياسية يمكن أن تساعد أجهزة الكمبيوتر الكمومية على العمل بشكل أفضل.

يجب أن تبقى Qubits ، الوحدات الأساسية لأجهزة الكمبيوتر الكمومية ، في درجات حرارة قريبة من الصفر المطلق للعمل دون أخطاء.

قد تقربنا تقنية تبريد جديدة طورها باحثون في جامعة تشالمرز للتكنولوجيا في السويد وجامعة ماريلاند في الولايات المتحدة من تحقيق الإمكانات الكاملة للحوسبة الكمومية.

أنظمة التبريد المستخدمة اليوم ، التي تسمى ثلاجات التخفيف ، تصل إلى حوالي 50 ميليكلفين فوق الصفر المطلق ، وفقًا لجامعة تشالمرز للتكنولوجيا.

في تجربة ، رفعت ثلاجة كمية جديدة Qubits إلى 22 Millikelvins ، وهو عامل أكثر برودة 10000 مرة من درجة حرارة الغرفة ، وفقًا لفريق البحث.

كلما اقتربت من الصفر المطلق أو الصفر كلفن ، وهو ما يعادل ناقص 273.15 درجة مئوية ، يمكن أن يكون الحساب الكمي الأكثر موثوقية.

ولكن يصبح من الصعب أيضًا الوصول إلى الصفر المطلق مع انخفاض درجة الحرارة.

الثلاجة “مستقلة تمامًا”

“إذا كنت تفكر في درجة الحرارة جسديًا ، فإن الأمر يتعلق فقط بالاهتزازات الأساسية. ويمكنك التفكير في إحضار كائن يهتز كثيرًا إلى حالة تهتز فيه أقل وأقل حتى يبقى كما لا يمكن أن يكون وفقًا لقوانين ميكانيكا الكم. التالي.

تمكن الفريق من جعل هذه الاهتزازات أصغر 10000 مرة ، والتي قالوا إنها “قياسية منخفضة” للقوالب المعينة.

على عكس أنظمة ثلاجة التخفيف التي تتطلب تحكمًا خارجيًا ثابتًا ، تعمل ثلاجة الكم هذه من تلقاء نفسها بمجرد إعدادها.

تستخدم الثلاجة ثلاثة Qubits وتعمل على أساس نظام تتفاعل فيه البيئات الدافئة والباردة بطريقة محددة لإزالة الحرارة من Qubit المستهدف ، وهو جزء من الكمبيوتر الكم الذي يحتاج إلى تبريده.

وقال نيكول يونجر هالبرن ، أستاذ مساعد للفيزياء بجامعة ماريلاند ، في بيان “الطاقة من البيئة الحرارية ، التي يتم توجيهها عبر واحدة من Qubits في ثلاجة الكم ، تضخ الحرارة من Qubit المستهدف إلى Qubit الثانية في ثلاجة الكم ، وهو بارد”.

“يتم حرارة هذا القلق البارد إلى بيئة باردة ، حيث يتم إلقاء حرارة Qubit المستهدفة في نهاية المطاف”.

وأضاف Gasparinetti: “الثلاجة مستقلة تمامًا ، مما يعني ، في الأساس ، أنه يتطلب فقط اقتران لمصدر ساخن وبارد يعمل. هذا شيء على عكس التقنيات الأخرى التي تتطلب ، على سبيل المثال ، نبضات محددة محددة أو غيرها من أشكال التحكم”.

وقال “لذلك ، تقوم بتشغيله ، وتصبح Qubits باردة ، ثم يمكنك إيقاف تشغيله وبدء حسابك”.

إعلان

جلب الديناميكا الحرارية من النظرية إلى الممارسة

الديناميكا الحرارية الكمومية ، التي تجمع بين الفيزياء الكمومية والديناميكا الحرارية ، هو مجال كان نظريًا إلى حد كبير حتى الآن ، وفقًا للباحثين.

وقال جاسبارينيتي: “في السنوات الخمسين الماضية ، قمنا بإعداد الكثير من المكونات ، خاصة ، ولكن ليس كل المكونات الكهربائية”.

وأضاف: “كان لدينا حقًا الرغبة في بناء آلة الكم ، وهي آلة حرارية ، كانت مفيدة”.

يقول الباحثون إن هذه الثلاجة تساعد على العمل مع أخطاء أقل بكثير وفترات أطول في أجهزة الكمبيوتر الكم.

إعلان

تمكن الفريق من تقليل معدل الخطأ للحوسبة الكمومية بمقدار 20 مرة من معدل الخطأ من 0.02 إلى 0.01.

قد يبدو هذا صغيرًا ، لكن الباحثين يقولون إنه من المهم تقليل الأخطاء لضمان حسابات موثوقة في الحوسبة الكمية.

يجب القيام بمزيد من العمل

تتمتع أجهزة الكمبيوتر الكمومية بإمكانية إحداث ثورة في التقنيات الأساسية في مختلف قطاعات المجتمع ، مع تطبيقات في الطب والطاقة والتشفير و AI والخدمات اللوجستية.

ومع ذلك ، يقول الباحثون إن المزيد من العمل يجب القيام به حتى تتمكن أجهزة الكمبيوتر الكم من حل المشكلات.

إعلان

وقال جاسبارينيتي: “يجب أن تتحسن هذه الآلات في أشياء كثيرة قبل أن تكون مفيدة. وعلينا أيضًا أن نتحسن في إيجاد طرق لاستخدام هذه الموارد التي لدينا. لا يزال لدينا غير مفهومة تمامًا كيفية تسخير الموارد الكمية لإجراء حسابات مفيدة وحل المشكلات المفيدة”.

يقول Gasparinetti أيضًا أن هناك اعتقادًا خاطئًا واسع النطاق بأن أجهزة الكمبيوتر الكمومية ستحل محل أجهزة الكمبيوتر الكلاسيكية مثل أجهزة الكمبيوتر المحمولة الخاصة بنا.

وقالت إن هذه تقنية ستعزز بدلاً من ذلك أجهزة الكمبيوتر الكلاسيكية لحل المشكلات المحددة للغاية ، مثل تلك المتعلقة بالخدمات اللوجستية أو اكتشاف المخدرات ، وما زلنا بحاجة إلى أجهزة الكمبيوتر الكلاسيكية لتشغيل كمبيوتر الكم.

وقال جاسبارينيتي: “تجارب مثل تلك التي أظهرناها فعليًا أنه يمكنك الحصول على المزيد من الوظائف القريبة جدًا من المكونات الكمومية ، والتي أعتقد أنها اتجاه سنرى أكثر في المستقبل”.

إعلان

يأمل الباحثون أن يتم تطوير المزيد من آلات الحكم الذاتي الكمومية.

“السؤال التالي هو ما هي المشكلات الأخرى التي يمكن حلها بشكل مستقل؟”

لمعرفة المزيد عن هذه القصة ، شاهد الفيديو في مشغل الوسائط أعلاه.