علماء من RIKEN يحققون تحكمًا متزامنًا وعالي الدقة في خمسة كيوبتات دوران من السيليكون
تمكّن باحثون في RIKEN من التحكم المتزامن في خمسة كيوبتات دوران من السيليكون بدقة تقارب 99.9%، متجاوزين مصدر خطأ أساسيًا كان يعيق توسيع نطاق معالجات الكمّ السيليكونية.
أعلن باحثون في مركز RIKEN لعلوم المادة الناشئة (RIKEN Center for Emergent Matter Science) وزملاؤهم عن تحقيق تقدم مهم في مجال الحوسبة الكمّية القائمة على السيليكون، حيث نشروا نتائجهم في مجلة Nature Physics. وقد شغّل الفريق خمسة كيوبتات دوران من السيليكون في آنٍ واحد عبر خط تحكم موحّد بالموجات الدقيقة، حيث حقق كل كيوبت منفرد دقة بوابة لكيوبت واحد تجاوزت بوضوح نسبة 99.99% — وبلغت أعلى قيمة ما يقارب 99.999%. وعندما كان ما يصل إلى ثلاثة كيوبتات نشطة في الوقت نفسه، ظلت الدقة أعلى من 99.99%. وعند التحكم في الكيوبتات الخمسة جميعها في آنٍ واحد، حافظت الدقة على مستوى يقارب 99.9%، وهو ما يقترب من المستويات المطلوبة لحوسبة كمّية عملية متحمّلة للأخطاء.
وكانت المشكلة الأساسية التي تصدى لها الفريق هي ظاهرة «انزياح ستارك المتردد» (AC Stark shift): فإشارات التحكم بالموجات الدقيقة تغيّر مستويات الطاقة الفعلية للكيوبت، مما يؤدي إلى انزياحات طورية غير مرغوبة تقلل من الدقة عند تشغيل عدة كيوبتات معًا. ولمواجهة ذلك، طوّر الباحثون طريقة معايرة ثنائية: فبدلًا من رصد كل تركيبة ممكنة من الكيوبتات على حدة، تُستخدم عمليات معايرة تتم بين أزواج من الكيوبتات للتعويض عن الانزياحات غير المرغوبة، مما يجعل هذا النهج عمليًا وقابلًا للتطبيق في أنظمة أكبر.
وقال ليون كامنزيند (Leon Camenzind)، المؤلف المشارك الأول من RIKEN، إن النتائج تُظهر أن «التحكم عالي الدقة يمكن الحفاظ عليه حتى عند تشغيل عدة كيوبتات في الوقت نفسه». وأشار المؤلف الأول يي-هسين وو (Yi-Hsien Wu)، الذي أجرى التجارب كجزء من بحثه لنيل درجة الدكتوراه، إلى أن الاستراتيجية الثنائية تتيح تجنب إجراء معايرة منفصلة لكل تركيبة من الكيوبتات.
وبقي بعض الخطأ المتبقي، الذي يُعزى إلى تَفَكُّك التماسك (decoherence) الناجم عن إشارة التحكم بسبب القدرة الأعلى للموجات الدقيقة المطلوبة للتشغيل المتوازي، وهو قيد يرى الفريق أن تصميمًا أفضل للأجهزة قد يساعد في معالجته. وتتوافق كيوبتات الدوران السيليكونية مع عمليات تصنيع أشباه الموصلات القائمة، مما يجعلها منصة واعدة لتوسيع نطاق معالجات الكمّ.
