شركة Fujitsu تطور أول نموذج أولي حاسوب كمي من نوع "الدوران في الماس" في العالم

طورت شركة Fujitsu اليابانية العملاقة للتكنولوجيا أول نموذج أولي حاسوب كمي من نوع "الدوران في الماس" في العالم، حيث تم دمج مركز شاغر القصدير (SnV) في دائرة ضوئية متكاملة. يمكن لهذا النموذج الجديد العمل في درجة حرارة -456.9 فهرنهايت (-271.6 درجة مئوية)، أي أعلى بحوالي 2.8 فهرنهايت من درجة الحرارة المطلوبة لأجهزة الكمبيوتر الكمية فائقة التوصيل، والتي تبلغ -459.6 فهرنهايت (-273.13 درجة مئوية). صرحت Fujitsu أن هذه التقنية يمكن أن تدفع نحو تطوير أجهزة كمبيوتر كمية أقوى من خلال استخدام الضوء لربط الوحدات الحسابية المختلفة. تخطط الشركة لبناء نموذج أولي متعدد الوحدات من نوع "الدوران في الماس" بحلول عام 2027، وتسعى إلى تحقيق الاستخدام العملي للحوسبة الكمية بحلول عام 2030.

وفقًا لخارطة الطريق الكمية لشركة Fujitsu، تخطط الشركة لتطوير نظام بحجم 250 بت كمي منطقي بحلول السنة المالية 2030، ونظام بحجم 1000 بت كمي منطقي بحلول السنة المالية 2035. وأشار الدكتور Kees Eijkel، مدير QuTech، قائلاً: "نحن سعداء بالإعلان عن هذا النموذج الأولي لحاسوب كمي من نوع "الدوران في الماس"، وهو نتاج التعاون البحثي بين Fujitsu وجامعة دلفت التقنية وQuTech منذ عام 2020."

تقنية الكيوبت الجديدة

يعتمد هذا النموذج الأولي على عيوب الشبكة البلورية في بلورات الماس، والمعروفة أكثر باسم مراكز الألوان، لإنشاء الكيوبتات. عادةً ما يعتمد نظام الدوران في الماس على مركز شاغر النيتروجين (NV)، والذي يتشكل عندما يحل ذرة نيتروجين محل ذرة كربون مجاورة في الشبكة البلورية للماس. ومع ذلك، بالنسبة للنظام الجديد، تحول المهندسون إلى استخدام مركز شاغر القصدير (SnV). تتميز هذه العيوب في بنية الماس بوجود ذرة قصدير تقع بين فراغين. صرحت Fujitsu أن هيكلها المتماثل يجعل مراكز SnV أقل تأثرًا بالضوضاء الخارجية مقارنة بمراكز NV التقليدية.

بالإضافة إلى ذلك، يبلغ سطوع الانبعاث الضوئي لمراكز SnV حوالي 10 أضعاف سطوع مراكز NV، مما قد يحسن الاتصالات الضوئية بين الوحدات الكمية ويساعد في زيادة كفاءة تصحيح الأخطاء.

يمكن لخصائص هذا النظام الحفاظ على استقرار الحالة الكمية، والسماح بتكوين بتات كمية منطقية (مجموعة من البتات الكمية الفيزيائية التي تنفذ خوارزميات كمية) باستخدام عدد أقل من البتات الكمية الفيزيائية مقارنة بالطرق المنافسة. قامت Fujitsu أولاً بإنشاء عملية لزرع القصدير عالي الجودة في ركيزة الماس مع ركيزة أكسيد الألومنيوم والسيليكا. تم تقليل سماكة الماس من مئات الميكرومترات إلى مجرد مئات النانومترات، وذلك لتكاملها في الرقاقة الكمية.

خطط مستقبل الحوسبة الكمية

كما قامت الشركة بإنتاج دائرة ضوئية متكاملة تجمع بين بلورات الماس النانوية التي تحتوي على مراكز SnV وموجهات موجات أكسيد الألومنيوم. في النهاية، قامت Fujitsu بإنشاء آلية يمكن من خلالها التحكم في الكيوبتات الدورانية في الماس باستخدام الضوء والموجات الدقيقة وموجات التردد اللاسلكي. صرح Vivek Mahajan، الرئيس التنفيذي للتكنولوجيا في Fujitsu، قائلاً: "الطريقة التي طبقناها في هذا النموذج الأولي من نوع "الدوران في الماس" تتميز بقدرة توسعية ممتازة، كما أن لديها القدرة على التكامل مع أجهزة الكمبيوتر الكمية فائقة التوصيل، مما يوسع قدراتها بشكل أكبر، مما يجعل الحسابات واسعة النطاق والمعقدة ممكنة."

تم اختبار هذا الجهاز من خلال منصة Fujitsu الهجينة للحوسبة الكمية في بيئة اختبار. وفقًا للشركة، يمكن للمستخدمين التحكم في هذا الجهاز الجديد دون الحاجة إلى معرفة متخصصة إضافية. في بيان، لخص Mahajan قائلاً: "وفقًا لخارطة الطريق الخاصة بنا، نسعى جاهدين لتحقيق نظام 250 بت كمي منطقي بحلول السنة المالية 2030، ونظام 1000 بت كمي منطقي بحلول السنة المالية 2035، وستواصل Fujitsu دفع عجلة الحوسبة الكمية العملية، وتطويرها في مجالات واسعة من البرامج إلى الأجهزة، مع الاستفادة من المزايا الرئيسية لطريقة الدوران في الماس، بما في ذلك الدقة العالية والقدرة على الاتصال الضوئي."

إمكانيات وتحديات حاسوب الدوران في الماس الكمي

يمثل نموذج Fujitsu الأولي لحاسوب الدوران في الماس الكمي تقدمًا مهمًا في تقنية الحوسبة الكمية. من خلال استخدام مركز شاغر القصدير، يتفوق النظام في كل من الاستقرار وسطوع الانبعاث الضوئي مقارنة بمراكز النيتروجين الشاغرة التقليدية، مما يعتبر أمرًا حيويًا لزيادة كفاءة الحوسبة الكمية. بالإضافة إلى ذلك، فإن درجة حرارة التشغيل الأعلى قد تجعل من استخدام الحوسبة الكمية أكثر قابلية للتطبيق. ومع ذلك، لا تزال Fujitsu بحاجة إلى التغلب على التحديات التقنية لتحقيق أهدافها في الحوسبة الكمية بحلول عام 2030، وضمان أن نظامها يمكن أن يتكامل مع تقنيات الحوسبة الكمية فائقة التوصيل الحالية.