الحواسيب الكمّية تحصل على تصحيح تلقائي للأخطاء لأول مرة
جهاز تبريد صغير يمكنه إعادة ضبط المكونات المعطلة في الحواسيب الكمّية تلقائيًا. وتشير نتائجه إلى أن التحكم في الحرارة قد يمكّن أيضًا من تطوير أجهزة كمّية مستقلة أخرى.
لا تزال الحواسيب الكمّية غير عملية بالكامل لأنها ترتكب عددًا كبيرًا من الأخطاء. في الواقع، إذا سخنت الكيوبتات—وهي المكونات الأساسية في هذا النوع من الحواسيب—بشكل غير متعمد وأصبحت مفرطة النشاط، فقد ينتهي بها الأمر في حالة خاطئة حتى قبل بدء العملية الحسابية. إحدى الطرق لإعادة ضبط الكيوبتات إلى حالتها الصحيحة هي تبريدها.
سيموني جاسبارينيتي من جامعة تشالمرز للتكنولوجيا في السويد وزملاؤه قاموا لأول مرة بإسناد هذه المهمة إلى "ثلاجة كمّية" مستقلة.
بنى الباحثون كيوبتين وكيوتريت واحد—وهو مكون يمكنه تخزين معلومات أكثر تعقيدًا من الكيوبت—باستخدام دوائر فائقة التوصيل صغيرة الحجم. شكّل الكيوتريت وأحد الكيوبتات ثلاجةً كمّية للكيوبت المستهدف الثاني، والذي يمكن استخدامه لاحقًا في العمليات الحسابية.
قام الباحثون بتصميم التفاعلات بين المكونات الثلاثة بعناية لضمان أنه عندما يكون لدى الكيوبت المستهدف طاقة زائدة تسبب أخطاء، فإن الحرارة تتدفق منه تلقائيًا إلى العنصرين الآخرين، مما يخفض درجة حرارته ويعيد ضبطه. نظرًا لأن هذه العملية تتم بشكل مستقل، فإن الثلاجة الكمّية المكونة من كيوتريت وكيوبت يمكنها تصحيح الأخطاء دون الحاجة إلى أي تحكم خارجي.
يقول أمير علي، الباحث في جامعة تشالمرز للتكنولوجيا، إن هذه الطريقة في إعادة ضبط الكيوبت تتطلب عددًا أقل من المكونات الجديدة مقارنة بالطرق التقليدية—وتحقق نتائج أفضل. فبدون الحاجة إلى إعادة تصميم الحاسوب الكمّي أو إدخال أسلاك جديدة، كانت حالة الكيوبت الأولية صحيحة بنسبة 99.97٪ من الوقت. في المقابل، فإن الطرق الأخرى لإعادة الضبط تحقق عادةً نسبة 99.8٪ فقط.
تقول نيكول يونغر هالبيرن من المعهد الوطني للمعايير والتكنولوجيا في ماريلاند، والتي عملت على المشروع، إن هذا مثال قوي على كيفية استخدام الآلات الديناميكية الحرارية—التي تتعامل مع الحرارة والطاقة ودرجة الحرارة—في المجال الكمّي.
لقد أدت الآلات الديناميكية الحرارية التقليدية مثل المحركات الحرارية إلى إحداث ثورة صناعية كاملة، لكن حتى الآن، لم تكن الديناميكا الحرارية الكمّية ذات تطبيقات عملية واسعة. تقول يونغر هالبيرن: "أنا مهتمة بجعل الديناميكا الحرارية الكمّية مفيدة. يمكن اعتبار هذه الثلاجة الكمّية المستقلة أول مثال عملي لنا."
يقول نيكولاس برونر من جامعة جنيف في سويسرا: "من الرائع رؤية هذه الآلة تعمل وتكون مفيدة. حقيقة أنها مستقلة، ولا تتطلب أي تحكم خارجي، يجعلها أكثر كفاءة وتعددًا في الاستخدام."
يقول ميخال هوروديتسكي من جامعة غدانسك في بولندا إن إحدى أكثر المشكلات إلحاحًا في الحواسيب الكمّية المصنوعة من الدوائر فائقة التوصيل هي التأكد من أن الآلات لا تسخن مما يؤدي إلى ارتكابها للأخطاء. ويضيف أن التجربة الجديدة تمهد الطريق لمشاريع مماثلة عديدة تم اقتراحها سابقًا ولكن لم يتم اختبارها بعد، مثل استخدام الكيوبتات لبناء محركات كمّية مستقلة.
يبحث الباحثون بالفعل فيما إذا كان بإمكانهم البناء على تجربتهم. على سبيل المثال، قد يقومون بتطوير ساعة كمّية مستقلة أو تصميم حاسوب كمّي بقدرات أخرى تعمل تلقائيًا استنادًا إلى الفروقات في درجات الحرارة.