علماء جامعة أكسفورد يحققون رقماً قياسياً في تشابك الكم لمدة 10 ثوانٍ، مما يعزز تطوير الشبكات الكمومية

حقق علماء جامعة أكسفورد باستخدام نوعين مختلفين من الذرات - السترونتيوم والكالسيوم - تقدماً في تطوير شبكة كمومية، حيث حققوا رقماً قياسياً في زمن التشابك بلغ 10 ثوانٍ. هذا الإنجاز يمهد الطريق لزمن تشابك أطول بين الذرات، وهو أمر بالغ الأهمية لتطوير الشبكات الكمومية الموزعة. يُعتبر تطوير تقنيات الحوسبة الكمومية من بين أكثر التطورات الواعدة في الفيزياء الكمومية. تستخدم الكمبيوترات الكمومية الكيوبتات لتخزين ومعالجة المعلومات. على عكس البتات التقليدية التي يمكن أن تخزن فقط القيمة 0 أو 1، يمكن للكيوبتات تخزين قيم متعددة بين 0 و1 في الوقت نفسه، مما يسمح بمعالجة المعلومات بشكل متزامن.

لذا، توفر الكيوبتات قدرة نمو أسي في معالجة كميات كبيرة من البيانات، مما قد يساعد في حل المشكلات التي قد تستغرق حتى أسرع أجهزة الكمبيوتر الفائقة اليوم عقوداً لحلها. وبالتالي، تُعتبر الكمبيوترات الكمومية هي الحدود التالية في عالم الحوسبة.

أهمية التشابك الكمومي

ومع ذلك، فإن المكون الأساسي لتوسيع نطاق الحوسبة الكمومية هو التشابك الكمومي. لماذا يعتبر التشابك مهماً؟ على الرغم من أن الكيوبتات يمكن أن تخزن قيم متعددة في الوقت نفسه، فإن فائدتها الحقيقية تكمن في الاتصال بعدد من الكيوبتات الأخرى، مما يتيح استكشاف العديد من العلاقات في الوقت نفسه. هذا لا يمكن تحقيقه إلا عندما يكون الكيوبت متشابكاً مع كيوبت آخر، حيث تحدد حالة أحدهما حالة الآخر، حتى وإن لم يكونا متصلين جسدياً. كما يساعد التشابك في بناء بوابات منطقية متعددة الكيوبتات، مما يسمح للكيوبتات بالتفاعل بشكل أكثر ديناميكية من الوحدات التقليدية، التي عادة ما تكون مستقلة.

كما يمكن أن يمكّن التشابك الكمبيوترات الكمومية من معالجة هياكل بيانات أكثر تعقيداً، وحل بعض من أصعب المشكلات في العالم. والأهم من ذلك، أن التشابك يسمح بنقل المعلومات بين المعالجات الكمومية المختلفة دون الحاجة إلى مشاركة الكيوبتات فعلياً، مما يسهل بناء بنية تحتية كمومية موزعة، وبالتالي يساهم في إنشاء قدرات حوسبة كمومية على نطاق واسع.

أسلوب التجربة في جامعة أكسفورد

كيف ستساعد أبحاث جامعة أكسفورد في مستقبل الحوسبة الكمومية؟ في التجربة، استخدم الباحثون في أكسفورد ذرات السترونتيوم والكالسيوم، ووضعوها في موقعين مختلفين. بينما كانت الأشعة تربط بين ذرات السترونتيوم، استخدم فريق البحث عمليات محلية لتمديد التشابك الكمومي إلى ذرات الكالسيوم، مما أنشأ حالة كمومية مشتركة تشمل جميع الذرات الأربعة. السبب وراء استخدام الكالسيوم هو أن حساسيته للضوضاء المغناطيسية أقل من السترونتيوم، ويمكن استخدامه للاحتفاظ بالحالة الكمومية لفترة أطول. وقد صرح الباحث في أكسفورد Dougal Main في بيان صحفي: "تقدم أنواع الذرات المختلفة مزايا وعيوب مختلفة للتطبيقات الكمومية."

يمكن أن يتيح وجود أنواع متعددة من الذرات في الكمبيوتر الكمومي الحصول على أفضل خصائص كل نوع من الذرات."

أظهر الباحثون من خلال الحفاظ على التشابك الكمومي لمدة 10 ثوانٍ الفوائد الناتجة عن استخدام أنواع مختلفة من الذرات، مقارنةً بالنتائج التي يمكن تحقيقها باستخدام نفس مجموعة الذرات والتي لا تتجاوز بضع مللي ثانية. وقد صرح الباحث في جامعة أكسفورد Gabriel Araneda في بيان صحفي: "قد يساعد هذا في تمكين الشبكات الكمومية المستقبلية من إتمام المهام التي تتطلب مشاركة وحفظ نفس الحالة الكمومية بين ذرات بعيدة." قد تشمل هذه المهام الحوسبة الكمومية، والقياسات الأكثر حساسية التي تتم عبر مواقع بعيدة، بالإضافة إلى المقارنات بين أنواع مختلفة من الساعات الذرية.

نشر الباحثون هذه الاكتشافات في مجلة Physical Review Letters.

الإمكانات المستقبلية للحوسبة الكمومية

تظهر أبحاث جامعة أكسفورد أهمية التشابك الكمومي في الحوسبة الكمومية، خاصة في تطبيقاته في الشبكات الكمومية الموزعة. من خلال استخدام أنواع مختلفة من الذرات، تمكن الباحثون من إطالة زمن التشابك، وهو أمر بالغ الأهمية لتطوير تقنيات الكم المستقبلية. توفر خصائص الكيوبتات مزايا في معالجة البيانات المعقدة، وتساعد في حل المشكلات التي لا تستطيع الحوسبة التقليدية التعامل معها بسهولة. لا تساهم هذه التقدمات فقط في جدوى الحوسبة الكمومية، بل قد تدفع أيضاً تطوير تقنيات الاتصال والقياس الكمومي، مما يوسع نطاق تطبيقات التكنولوجيا الكمومية بشكل أكبر.