استراتيجية الكم الجديدة: تدور الكيوبتات ثورة في التكنولوجيا!

استراتيجية الكم الجديدة: تدور الكيوبتات ثورة في التكنولوجيا!

يواجه عالم التقنيات الكمومية تطورات مثيرة لديها القدرة على إحداث ثورة جذرية في معالجة المعلومات. في معهد كارلسروه للتكنولوجيا (KIT)، يعمل الباحثون على طرق مبتكرة لتحسين الكيوبتات الدورانية، والتي تعتبر ضرورية للحوسبة الكمومية وغيرها من التطبيقات. تعمل الإلكترونات، التي لها زخمها الزاوي الخاص بها، كمغناطيس صغير، وتكون قادرة على العمل كبتات كمومية في معالجة المعلومات الكمومية. يمكن لهذه البتات الكمومية أن تفترض ليس فقط الحالات الكلاسيكية 0 و1، ولكن أيضًا التراكبات، مما يزيد بشكل كبير من كثافة المعلومات وتعقيد النظام. هذا التنوع يجعل الكيوبتات المغزلية واعدة بشكل خاص للتطبيقات المستقبلية في الاتصالات الكمومية والاستشعار عالي الدقة وكأجهزة تخزين في أجهزة الكمبيوتر الكمومية، مثل عدة ذكرت.

ويتمثل التحدي الخاص في تصميم الهياكل المغزلية والتحكم فيها على المستوى الذري. وهذا يشمل أيضًا القراءة غير المدمرة للمعلومات. في أحدث منشوراتهم في Nature Communications، يقدم علماء KIT استراتيجية جديدة لتحسين عمر الكيوبتات الجزيئية والتحكم فيها. تعتمد هذه الإستراتيجية على بنية مغناطيسية مزدوجة تدمج ذرتين من الحديد في جزيء واحد. يتم تثبيت ذرة حديد واحدة بشكل دائم في الجزيء، بينما يتم تثبيت الأخرى بشكل انتقائي لتمكين التفاعل الدقيق. يحمي هذا الهيكل الجزء المتبقي من النظام ويطيل عمر الدوران بمقدار خمس مرات. يتم إنشاء هذا الهيكل المعقد باستخدام الطرف الرفيع لمجهر المسح النفقي. ومن الجدير بالذكر أن هذا الترتيب المحدد لا يحدث في الطبيعة وأن الجزيئات المعيارية المستقبلية يمكن أن تشكل وحدات أكثر استقرارًا لتقنيات الكم.

إمكانية الاتصال الكمي والأمن

وبالتوازي مع هذه التطورات في مجال معالجة المعلومات الكمومية، يعمل معهد فراونهوفر على استخدام الكميات المتشابكة لضمان التواصل وتحسين التصوير. قام الدكتور إريك بيكيرت بتطوير مصدر فوتون ينتج 300000 زوج فوتون متشابك في الثانية. ترتبط هذه الفوتونات المزدوجة معًا، لذا فإن قياس فوتون واحد يكشف عن حالة الآخر - وهي خاصية يمكن استخدامها للتشفير المادي لمنع القرصنة وتسريب البيانات. يوضح بيكيرت أنه يمكن توزيع المفاتيح الكمية المستقبلية على شركاء الاتصال عبر الأقمار الصناعية. إذا تم إجراء محاولة تنصت، فسيتم إخماد التشابك، مما يجعل التداخل قابلاً للاكتشاف.

ومن المقرر إطلاق أول قمر صناعي أوروبي للتشفير الكمي إلى الفضاء في عام 2022، ويشارك بيكيرت وفريقه في تطويره. يعد التشفير الكمي ذا أهمية خاصة للصناعة المالية ومقدمي الاتصالات والمنظمات الحكومية. يتم إطلاق مشروع QuNET في مبادرة شاملة تضم فراونهوفر وماكس بلانك وDLR. الهدف من هذا المشروع هو بناء شبكة اتصالات آمنة للغاية بين المواقع الحكومية، مع هدف طويل المدى يتمثل في تمكين الخدمات المصرفية عبر الإنترنت الآمنة بالتشفير الكمي.

التطورات في الاتصالات الكمومية

بالإضافة إلى ذلك، يعمل 17 شريكًا من أوروبا في مشروع UNIQORN لإنشاء اتصالات كمومية ميسورة التكلفة للسوق الشامل. في معهد Fraunhofer HHI في برلين، يتم تطوير مكونات مصغرة ومتوافقة مع الكم والتي يمكن دمجها في أجهزة التوجيه. والهدف هو تقليل تكاليف الاتصالات الكمومية بنسبة تصل إلى 90 بالمائة. ولا يَعِد هذا التقدم التكنولوجي بالحفاظ على أمان المعلومات فحسب، بل إنه يُحدث أيضًا ثورة في الطريقة التي نفهم بها الاتصالات العالمية.

بشكل عام، نحن عند نقطة تحول في الأبحاث المتعلقة بالبنى الكمومية وتطبيقاتها العملية. يمكن للبتات الكمومية المغزلية والاتصالات الكمومية أن تضع الأسس لعصر جديد في معالجة المعلومات مع ضمان أمن البيانات في عالم رقمي بشكل متزايد.