ثورة في الحوسبة الكمومية: باحثون ألمان يطورون مُعدِّلات ضوئية!

ثورة في الحوسبة الكمومية: باحثون ألمان يطورون مُعدِّلات ضوئية!

يتلقى عالم تقنيات الحوسبة الكمومية زخمًا جديدًا من خلال المشاريع البحثية المبتكرة التي يتم تنفيذها في العديد من المؤسسات الشهيرة. حاليًا، يتم تسليط الضوء بشكل خاص على مشروع Xinyu Ma في جامعة هايدلبرغ، والذي يتعامل مع تطوير المعدِّلات الإلكترونية الضوئية عالية السرعة للحوسبة الكمومية باستخدام الضوء فوق البنفسجي. ويلعب الضوء فوق البنفسجي، المعروف بطاقته العالية عند الأطوال الموجية القصيرة، دورًا حاسمًا في التفاعل مع الذرات والأيونات التي تسمى الكيوبتات، والتي تعتبر ضرورية لتشغيل أجهزة الكمبيوتر الكمومية. وافقت المفوضية الأوروبية على تمويل حوالي 218.000 يورو للمشروع الذي يحمل عنوان "المعدِّلات الكهروضوئية المدمجة عالية السرعة للأشعة فوق البنفسجية" (HEIVOM) لدعم التطوير الذي تم تنفيذه في مجموعة أبحاث البروفيسور بيرنيس. إن تنفيذ هذا المشروع مدفوع بالحاجة الأساسية لتطوير المعدِّلات التي تسمح بالتحكم في الضوء بطريقة فعالة - وهو مجال تكنولوجي يعتبر حتى الآن غير مناسب uni-heidelberg.de ذكرت.

ويخطط شينيو ما، الذي حصل على درجة الدكتوراه من جامعة تسينغهوا في الصين عام 2023، لتطوير دوائر إلكترونية بصرية مبتكرة وعمليات التصنيع النانوية وعمليات الطباعة النانوية ثلاثية الأبعاد في بحثه. لا يمكن لهذه التقنيات أن تزيد الكفاءة فحسب، بل يمكنها أيضًا خلق إمكانيات جديدة لإنتاج الضوء والتحكم فيه، وهو أمر ضروري لمزيد من تطوير الحوسبة الكمومية.

التحديات التكنولوجية في الحوسبة الكمومية

يعد تنفيذ أجهزة الكمبيوتر الكمومية المستندة إلى الكيوبتات الذرية المشحونة أو المحايدة أمرًا بالغ الأهمية لفتح مزاياها - بما في ذلك جودة الكيوبت العالية وأوقات التماسك الممتازة وجودة البوابة. يمثل التحكم الدقيق في أشعة الليزر المركزة أحد أكبر التحديات. تتطلب هذه العملية أجهزة محددة لتوليد أشعة ليزر مركزة، بما في ذلك أنظمة ومكونات الليزر التي تتيح تعديلًا سريعًا وقابلًا للتطوير وقابل للبرمجة لكثافة الضوء أو طوره. لديه هذه التفاصيل ipms.fraunhofer.de محتجز.

أحد العناصر المثيرة للاهتمام في هذا التطور هو مُعدِّلات الضوء المكانية (SLMs)، والتي تُستخدم في التعديل القابل للبرمجة وتساعد على تحقيق عمليات فعالة في الحوسبة الكمومية. على وجه الخصوص، يركز مشروع SMAQ في Fraunhofer IPMS على تطوير MEMS SLM ذات الحركة الطورية والمرآة الانكسارية لأجهزة الكمبيوتر الكمومية ذات الذرة المحايدة. توفر هذه التقنية مزايا كبيرة مقارنة بالمعدلات التقليدية القائمة على البلورات السائلة، مثل الوصول إلى النطاق الطيفي للأشعة فوق البنفسجية والقدرة على تجميع سجلات الكيوبت الذرية بشكل أكثر كثافة، مما يؤدي إلى تقليل التداخل بين وحدات البكسل المعدلة.

تطور السوق وآفاق المستقبل

الطلب على الحوسبة الكمومية آخذ في الازدياد. ويتوقع مورجان ستانلي أن ينمو سوق أجهزة الكمبيوتر الكمومية المتطورة إلى 10 مليارات دولار سنويا بحلول عام 2025. وتشمل الشركات التي تعمل بنشاط على تطوير أجهزة الكمبيوتر الكمومية أسماء كبيرة مثل آي بي إم، وجوجل، وعلي بابا، إلى جانب الشركات الناشئة المبتكرة مثل نوفاريون وريجيتي. يمكن تقسيم مجموعة متنوعة من أجهزة الكمبيوتر الكمومية إلى نوعين رئيسيين: أجهزة الكمبيوتر الكمومية للأغراض العامة، والتي يمكنها تنفيذ جميع أنواع عمليات الحوسبة، وأجهزة التلدين الكمومية، وهي أبسط في البنية وتؤدي مهام متخصصة. على سبيل المثال، تستخدم شركة فولكس فاجن مادة التلدين الكمومية من D-Wave لتحسين تدفقات حركة المرور منذ عام 2017، بينما تبحث شركة BMW عن تحسين تصنيع الروبوتات باستخدام أجهزة الكمبيوتر الكمومية، مثل fraunhofer.de ذكرت.

تؤدي التطورات في تكنولوجيا الحوسبة الكمومية إلى طرق جديدة لحل المشكلات المعقدة التي تشكل تحديات هائلة لأجهزة الكمبيوتر التقليدية. أحد الأمثلة المثيرة هو القدرة على تحليل الأعداد الأولية الصغيرة بكفاءة، مما قد يكون له آثار كبيرة على أنظمة التشفير الحالية. ونظراً للتحديات الهائلة التي تواجه تشغيل أجهزة الكمبيوتر الكمومية - مثل الحاجة إلى درجات حرارة منخفضة للغاية ودرع كهرومغناطيسي - يظل دمج الحوسبة الكمومية في البنى التحتية الحالية أحد التحديات الرئيسية للمستقبل.