يدعي برنامج من وكالة مشاريع الأبحاث الدفاعية المتقدمة الأمريكية (DARPA) أنه حقق تقدمًا كبيرًا في مجال الحوسبة الكمومية. أدى مشروع تحسين الأجهزة الكمومية الوسيطة المزعجة (ONISQ) إلى إنشاء أول دائرة كمومية في العالم تحتوي على بتات كمومية منطقية (qubits).
تعتمد الحوسبة الكمومية على بعض المفاهيم التي تبدو سحرية أو مجنونة ولديها القدرة على إحداث ثورة في فهمنا لأجهزة الكمبيوتر. من خلال الاستفادة من التأثيرات الكمومية وبعض المعرفة الرياضية المعقدة نسبيًا، يمكن للحوسبة الكمومية زيادة سرعة معالجة المعلومات إلى عدة أوامر من حيث الحجم مقارنة بالحوسبة الكلاسيكية، وتعزيز تطوير الذكاء الاصطناعي والكيمياء الحيوية والتشفير وغيرها من المجالات.
كل هذا مثير للإعجاب للغاية، لكنه تعثر على طول الطريق، حيث ثبت أن إيصال الحوسبة الكمومية إلى ما بعد المرحلة التجريبية أمر صعب للغاية. جزء من السبب هو أن الحوسبة الكمومية لديها معدل خطأ مرتفع للغاية، وهو أمر ليس مفاجئًا لأن مبادئ الحوسبة الكمومية تعتمد على حقيقة أنه على عكس ثنائي الواحد والصفر في الحوسبة الكلاسيكية، يمكن أن يكون شيء ما واحدًا أو صفرًا أو كليهما واحد وصفر في نفس الوقت.
تكمن الحيلة في إيجاد طريقة لجعل هذه المعالجات المعرضة للأخطاء أو "المزعجة" أكثر عملية من خلال دمجها مع الأنظمة الكلاسيكية. في حالة DARPA، يتضمن ذلك التركيز على حل مشاكل التحسين التي تنشأ في مجالي الدفاع والصناعة من خلال تطوير الكيوبتات المنطقية، وهي عبارة عن تجريد عالي المستوى يعمل مثل خوارزمية كمومية ويعتمد على كيوبتات ريدبيرج، وهي مكونات مادية تعمل مثل الأنظمة الكمومية ثنائية الحالة.
قال الدكتور موكوند فينجالاتوري، مدير برنامج ONISQ في مكتب علوم الدفاع التابع لـ DARPA: "تتمتع كيوبتات ريدبيرج بميزة توحيد الخصائص، مما يعني أن كل كيوبت يتصرف بشكل لا يمكن تمييزه عن الذي يليه". "هذا ليس هو الحال مع المنصات الأخرى، مثل الكيوبتات فائقة التوصيل، حيث يكون كل كيوبت فريدًا وبالتالي غير قابل للتبديل."
"إن تجانس بتات Rydberg الكمومية يسمح بتحجيمها بسرعة، كما يسمح بمعالجتها وتحريكها بسهولة بواسطة الليزر على الدوائر الكمومية. وهذا يتغلب على النهج الحالي المعرض للخطأ المتمثل في إجراء عمليات الكيوبتات من خلال ربطها بشكل تسلسلي، وبالتالي نشر الأخطاء في جميع أنحاء الشريحة. من الممكن الآن تخيل إعادة التشكيل الديناميكي للكيوبتات على الرقائق الكمومية التي لم تعد مقتصرة على التشغيل التسلسلي الكمي. يمكننا الآن استخدام ملاقط الليزر لجلب مجموعة كاملة من الكيوبتات (جميع الكيوبتات) من مكان في الدائرة إلى آخر على الدائرة، وتشغيل العملية، ثم إعادتها إلى موقعها الأصلي.
حاليًا، قامت DARPA بتوصيل 48 كيوبتًا منطقيًا، ولكن هناك حاجة إلى المزيد لتحقيق مستوى التعقيد المطلوب لأجهزة الكمبيوتر الكمومية العملية. ومع ذلك، سيكون هذا أقل بكثير من ملايين الكيوبتات التي تم تصورها في الأصل اللازمة لكمبيوتر كمي متسامح مع الأخطاء.
قال الدكتور جويدو زوكاريلو، المستشار الفني لـ DARPA: "إذا توقع شخص ما قبل ثلاث سنوات في بداية برنامج ONISQ أن ذرة Rydberg (ذرة مثارة تحتوي على إلكترون واحد أو أكثر ذات عدد كمي رئيسي مرتفع جدًا) يمكن أن تكون بمثابة كيوبت منطقي، لم يكن أحد ليصدق ذلك".
هذه هي طريقة DARPA للمراهنة على إمكانات هذه البتات الكمومية الأقل دراسة والدوائر الأيونية وفائقة التوصيل الأكثر دراسة. كبرنامج استكشافي، يمنح ONISQ الباحثين مجالًا لاستكشاف تطبيقات جديدة فريدة تتجاوز التركيز على التحسين. لذلك، تمكن الفريق الذي تقوده جامعة هارفارد من تسخير المزيد من إمكانات كيوبتات ريدبورغ هذه وتحويلها إلى كيوبتات منطقية، وهو اكتشاف مهم للغاية.