ابتكر الباحثون تقنية متقدمة تستخدم الليزر للتحكم في الكيوبتات الفردية المصنوعة من الباريوم بقوة أكبر من أي طريقة أخرى معروفة حاليًا. يعد التحكم بشكل موثوق في الكيوبتات خطوة أساسية نحو تحقيق أجهزة كمبيوتر كمومية وظيفية في المستقبل.
تستخدم الطريقة الجديدة، التي طورها معهد الحوسبة الكمومية بجامعة واترلو (IQC)، دليلًا موجيًا زجاجيًا صغيرًا لفصل أشعة الليزر وتركيزها على مسافة أربعة ميكرونات، أي حوالي ربع عرض شعرة الإنسان. إن دقة ودرجة تركيز كل شعاع ليزر على الكيوبت المستهدف بالتوازي لا مثيل لها في الأبحاث السابقة.
قال الدكتور K. Rajibul Islam، الأستاذ في IQC وقسم الفيزياء وعلم الفلك في جامعة واترلو: "يحد تصميمنا من كمية الحديث المتبادل - كمية الضوء الساقط على الأيونات المجاورة - إلى كثافة نسبية صغيرة تبلغ 0.01٪، وهي من بين الأفضل في العالم الكمي. وعلى عكس الطرق السابقة للتحكم السريع في الأيونات الفردية، فإن المعدِّلات القائمة على الألياف لا تتفاعل مع بعضها البعض."
"هذا يعني أنه يمكننا التحدث إلى أي أيون دون التأثير على جيرانه، مع الاستمرار في تعظيم التحكم في كل أيون. على حد علمنا، في الأوساط الأكاديمية والصناعة، هذا هو نظام التحكم في الكيوبت الأيوني الأكثر مرونة وبمثل هذه الدقة العالية."
الليزر الأخضر هو الطاقة المناسبة لمعالجة حالات الطاقة لأيونات الباريوم. المصدر: جامعة واترلو
أيونات الباريوم: المفضلة الجديدة في الحوسبة الكمومية
يتم استهداف أيونات الباريوم من قبل العلماء لأنها أصبحت ذات شعبية متزايدة في مجال الحوسبة الكمومية الأيونية المحاصرة. تتمتع أيونات الباريوم بحالات طاقة ملائمة تعمل بمثابة الرتبة صفر والأولى من الكيوبتات، ويمكن معالجتها بالضوء الأخضر المرئي، على عكس أنواع الذرات الأخرى، التي تتطلب ضوءًا فوق بنفسجيًا عالي الطاقة لنفس المعالجة. يتيح ذلك للباحثين استخدام التقنيات البصرية المتاحة تجاريًا والتي لا تتوفر في الأطوال الموجية فوق البنفسجية.
ابتكر الباحثون شريحة دليل موجي تقسم شعاع الليزر إلى 16 قناة بصرية مختلفة. يتم بعد ذلك توجيه كل قناة إلى مُعدِّلات مستقلة تعتمد على الألياف والتي توفر تحكمًا مرنًا في كثافة وتردد ومرحلة كل شعاع ليزر بشكل مستقل. يتم بعد ذلك تركيز شعاع الليزر على مسافة صغيرة باستخدام سلسلة من العدسات البصرية التي تشبه التلسكوب. وأكد الباحثون تركيزهم وتحكمهم عن طريق قياس كل شعاع ليزر باستخدام مستشعرات الكاميرا الدقيقة.
قال الدكتور كريستال سينكو، الباحث الرئيسي المشارك في الإسلام، IQC وعضو هيئة التدريس في قسم الفيزياء وعلم الفلك في جامعة واترلو، إن هذا العمل جزء من جهد جامعة واترلو لبناء معالج كمي لأيون الباريوم باستخدام الأنظمة الذرية. "نحن نستخدم الأيونات لأنها متطابقة، وهي كيوبتات مصنوعة بشكل طبيعي، لذلك لا نحتاج إلى تصنيعها. مهمتنا هي إيجاد طرق للتحكم بها."
يوضح نهج الدليل الموجي المبتكر طريقة تحكم بسيطة ودقيقة، مما يزيد الأمل في معالجة الأيونات لتشفير ومعالجة البيانات الكمومية، وكذلك للتطبيقات في عمليات المحاكاة الكمومية والحوسبة.