الكشف عن تصميم كامل لرقاقة كمبيوتر من "السيليكون كوانتوم"

صمّم العلماء أخيرا رقاقة الكمبيوتر التي يمكن أن تدمج التفاعلات الكمية، حيث أعاد العلماء تخيّل المعالجات السيليكونية التي يمكن معرفتها لخلق تصميم كامل لرقاقة الكمبيوتر الكمومية، ويشير الفريق إلى أن الشريحة يمكن تصنيعها باستخدام العمليات والمكونات القياسية الصناعية القائمة، إذا نجحت، فإن المعالج سيقدر على أداء الحسابات المحيرة للعقل من أجل حل المشاكل العلمية مثل تغير المناخ أو علاج الأمراض المعقدة مثل السرطان، فإنه يمكن أن يؤدي أيضا إلى التواصل غير القابل للاختراق.

وقام الباحثون من جامعة نيو ساوث ويلز بتطوير الرقائق الدقيقة، والتي تسمح بإجراء الحسابات الكمية باستخدام مكونات أشباه الموصلات الموجودة، والمعروفة باسم أشباه الموصلات أكسيد المعادن التكميلية، فهي الأساس لجميع رقائق الحديثة، وقال الدكتور أندرو دزوراك، الذي كان يعمل على الرقاقة "نحن غالبا ما نفكر في الهبوط على سطح القمر كأعظم أعجوبة للتكنولوجية للبشرية. ولكن إنشاء رقاقة المعالج مع مليار من أجهزة التشغيل المتكاملة معا للعمل مثل سيمفونية - التي يمكنك حملها في جيبك - هو إنجاز تقني مذهل، إنها ثورة في الحياة الحديثة. مع الحوسبة الكمومية، نحن على وشك قفزة تكنولوجية أخرى يمكن أن تكون عميقة وتحويلية."

وأضاف الباحثون أنّ "التصميم الهندسي الكامل لتحقيق هذا على شريحة واحدة كان بعيد المنال. وأعتقد أن ما وضعناه في مكتب الأمم المتحدة الآن يجعل ذلك ممكنا. والأهم من ذلك، فإنه يمكن أن يتم في معمل تصنيع أشباه الموصلات الحديثة"، ويمكن للرقاقة أن تمهد الطريق نحو خلق الملايين من البتات الكمومية، أو الكوبيت، وقال الدكتور مينو فيلدورست، الذي قاد الدراسة إنّ "رقائق الكمبيوتر اليوم لا يمكنها استغلال الآثار الكمومية اللازمة لحل المشاكل الهامة حقا مقارنة بأجهزة الكمبيوتر الكمية. من أجل حل المشاكل التي تتصدى للتحديات العالمية الكبرى، من المقبول عموما أننا سنحتاج إلى الملايين من البتات الكوبية لتعمل جنبا إلى جنب. للقيام بذلك، سوف نحتاج إلى حزمة من الكوبيت معا ودمجها، كما نفعل مع رقائق المعالج الحديثة. وهذا هو ما يهدف هذا التصميم الجديد لتحقيقه. "

ويتضمن التصميم الجديد الترانزستور السيليكون التقليدية لتشغيل العمليات بين الكوبيت في مصفوفة ضخمة ثنائية الأبعاد. يمكن لأجهزة الكمبيوتر الكمومية تخزين قيم متعددة في وقت واحد، وأيضا معالجتها في وقت واحد، وأداء عمليات متعددة في وقت واحد. وهذا من شأنه أن يسمح للكمبيوتر الكمومي العالمي أن يكون أسرع بملايين المرات من أي جهاز كمبيوتر تقليدي عند حل مجموعة من المشاكل الهامة. ولكن من أجل حل المشاكل المعقدة، سيحتاج جهاز كمبيوتر كمومي عالمي إلى ملايين الكوبتات.

وأوضح الدكتور دزراك أنّه "لذلك نحن بحاجة إلى استخدام رموز تصحيح الخطأ التي تستخدم عدة كوبتات لتخزين جزء واحد من البيانات. يتضمن مخطط رقاقة لدينا نوع جديد من رمز تصحيح الخطأ المصمم خصيصا للكوبيت المتحرك، وينطوي على بروتوكول متطور من العمليات التي تتم عبر الملايين من البتات، وأضاف "إنها أول محاولة لإدماج في شريحة واحدة كل الدوائر السيلكون التقليدية اللازمة لمراقبة وقراءة الملايين من البتات الكمومية اللازمة للحوسبة الكمومية. نحن نتوقع أنه لا تزال هناك تعديلات مطلوبة لهذا التصميم ونحن نتجه نحو التصنيع، ولكن كل من المكونات الرئيسية التي تحتاجها للحوسبة الكمومية هنا في شريحة واحدة. وهذا ما سوف نحتاجه إذا ما جعلنا الحواسيب الكمومية العمود الفقري للحسابات التي تتجاوز بكثير أجهزة الكمبيوتر اليوم، ونشرت النتائج الكاملة في مجلة "Nature Communications".