باحثون روس يثبتون فاعلية تقنية مصائد الأيونات المستوية لأجهزة الحاسوب الكمومية الأكثر قوة
20:08 GMT 12.08.2026 (تم التحديث: 20:09 GMT 12.08.2026)
© Fotolia / Gorodenkoff
تابعنا عبر
نجح علماء يعملون ضمن مشروع الكموم الروسي، بقيادة مؤسسة "روساتوم" الحكومية، في إجراء عمليات على الكيوبتات باستخدام مصائد أيونية مستوية لأول مرة في روسيا، مما يمثل خطوة تكنولوجية هامة نحو تطوير أجهزة حاسوب كمومية أكبر وأكثر قدرة تعتمد على مصائد الأيونات.
وقد تم تحقيق هذا الإنجاز بشكل مستقل من قبل مجموعتين بحثيتين، إحداهما من المعهد الفيزيائي التابع للأكاديمية الروسية للعلوم بقيادة إيليا سيميريكوف، والأخرى من مركز الكم بقيادة كيريل لاخمانسكي. نجحت المجموعتان في حصر الأيونات على رقائق مستوية، ونقلها، وإجراء عمليات على كيوبت واحد.
لماذا تحتاج أجهزة الحاسوب الكمومية إلى نوع جديد من مصائد الأيونات؟
في أجهزة الحاسوب الكمومية التي تعتمد على مصائد الأيونات، تعمل الذرات المشحونة كهربائيًا، أو الأيونات، ككيوبتات، وهي الوحدات الأساسية للمعلومات الكمومية.
تستطيع الأنظمة التقليدية ترتيب الأيونات في سلسلة واحدة، وهو ما يُجدي نفعًا على نطاقات صغيرة، لكن زيادة عدد الكيوبتات تجعل التحكم في النظام أكثر صعوبة، إذ تصبح الاهتزازات الجماعية للأيونات أكثر تعقيدًا، ويصبح التعامل مع كل كيوبت على حدة أكثر صعوبة.
تقدم مصائد الأيونات المستوية مسارًا مختلفًا، فبدلًا من الاعتماد على سلسلة طويلة واحدة، تدعم هذه التقنية عدة مجموعات أصغر من الأيونات على شريحة واحدة، مع إمكانية نقل الأيونات بشكل فردي بين مناطق مختلفة عند الحاجة، مما يمنح المهندسين بنية أكثر مرونة لزيادة عدد الكيوبتات دون الحاجة إلى تمديد سلسلة واحدة معقدة بشكل متزايد.
عمليًا، تبدأ الشريحة بالعمل كشبكة نقل مصغرة للمعلومات الكمومية، حيث يمكن الاحتفاظ بالأيونات في مواقع محددة، ونقلها على مسارات مُتحكم بها، ووضعها في مواقع يُمكن فيها إجراء العمليات الكمومية.
فريقان يُبرهنان على فعالية التقنية باستخدام أيونات مختلفة
في المعهد الفيزيائي التابع للأكاديمية الروسية للعلوم، أثبت الباحثون إمكانية حصر أيونات الإيتربيوم-171 في مصائد مستوية، ونقل الأيونات على طول الشريحة، وإجراء عمليات أحادية الكيوبت بنجاح. كما قاس الفريق إحدى أهم خصائص هذه الأجهزة، وهي معدل تسخين الأيونات.
يُعدّ التسخين بالغ الأهمية لأن الأيونات المحصورة يجب أن تبقى تحت سيطرة دقيقة للغاية لإجراء العمليات الكمومية، إذ أن الطاقة غير المرغوب فيها التي تدخل في حركتها قد تُصعّب التحكم الدقيق، لذا فإن قياس هذا المُعامل يُساعد الباحثين على تقييم جودة المصيدة ومدى ملاءمتها للمعالجات الكمومية المستقبلية.
في مركز الكم، عمل العلماء مع أيونات الكالسيوم، حيث أثبتوا أيضاً إمكانية حصر الجسيمات، ونقل الأيونات، وإجراء عمليات أحادية الكيوبت. إن تحقيق نفس القدرات الأساسية في مجموعتين بحثيتين منفصلتين يُعزز النتيجة التقنية ويُظهر أن الحصر المستوي لا يقتصر على تطبيق تجريبي واحد فقط.
أهمية نقل الأيونات عبر الشريحة
تتضح الأهمية العلمية لتقنية الأسطح المستوية عند النظر إلى ما يحدث مع نمو الحواسيب الكمومية التي تعمل بالأيونات المحصورة،فعند وضع عشرات الأيونات، أو أعداد أكبر بكثير في سلسلة واحدة، يصبح سلوكها الاهتزازي الجماعي أكثر تعقيدًا، بينما يصبح التحكم بكل أيون على حدة أكثر صعوبة.
تتيح المصائد المستوية للباحثين إمكانية تطوير مصفوفات أيونية أصغر متعددة، ونقل الأيونات بينها عند الحاجة. يمكن لهذا التصميم أن يقلل من بعض الصعوبات الناجمة عن توسيع نطاق سلسلة واحدة، ويفتح آفاقًا جديدة لتنظيم الحسابات الكمومية.
وصف إيليا زاليفاكو، عالم مشروع الكم وباحث أول في المعهد الفيزيائي، تقنية الأسطح المستوية بأنها أساسية لتطوير الحواسيب الكمومية التي تعمل بالأيونات المحصورة مستقبلًا، مسلطًا الضوء على فرص إجراء عمليات أكثر دقة وتوازيًا، واستخدام أعداد أكبر من الكيوبتات، وتكامل الفوتونيات، والعمليات باستخدام المجالات القريبة. كما أكد أن المصائد المستوية أكثر قابلية للتكيف التكنولوجي بشكل ملحوظ، مما يجعل هذا التحول بالغ الأهمية من الناحيتين العلمية والعملية.
من المصائد التجريبية إلى معالجات الكم القابلة للتطوير
لا يعني هذا الإنجاز الحالي أنه قد تم بالفعل إنشاء حاسوب كمي صناعي ضخم قائم على الأيونات، بل يعني أن الباحثين قد أتقنوا تقنية تُعتبر أساسية لبناء أنظمة بالغة التعقيد.
وصف كيريل لاخمانسكي، عالم مشروع الكم ورئيس فريق أبحاث مركز الكم، الانتقال إلى التقنية المستوية بأنه ضروري للوصول إلى مستوى جديد نوعيًا من التطوير، وفي نهاية المطاف، لإنشاء حواسيب كمومية أكثر قوة.
وأكد أن هذا العرض التوضيحي الحالي ليس سوى الخطوة الأولى، إذ يخطط الفريق لمواصلة تطوير التقنية المستوية بهدف المشاركة بفعالية في مجال الحوسبة الكمومية، والوصول إلى مستوى المشاريع الكمومية الدولية الرائدة بحلول عام 2030.
خطوة أساسية
لا تكمن أهمية هذه النتيجة في تنفيذ عملية كمومية واحدة فحسب، بل في مكان تنفيذ هذه العمليات.أثبت الباحثون إمكانية حصر الأيونات ونقلها عبر هياكل رقائقية مستوية، ومعالجتها كوحدات بت كمومية (كيوبتات)، مما يوفر الأساس التكنولوجي اللازم لتجاوز سلاسل الأيونات أحادية البعد البسيطة نحو بنى أكثر تعقيداً تحتوي على مجموعات أيونية متعددة قابلة للتحكم.
إذا استمر تطوير هذه التقنية بنجاح، فبإمكان مصائد الأيونات المستوية دعم معالجات كمومية ذات عدد أكبر من وحدات البت الكمومية، وتحكم أدق، وعمليات متوازية، وبنى رقائقية أكثر تطوراً، مما يجعل أنظمة الأيونات المحصورة أقرب إلى الحجم المطلوب لمهام الحوسبة الكمومية الصناعية المفيدة.
بالنسبة لمشروع روسيا الكمومي، يمثل هذا الإنجاز بالتالي انتقالاً من إثبات إمكانية التحكم في وحدات البت الكمومية المحصورة للأيونات الفردية إلى تطوير البنية اللازمة لتوسيع نطاقها إلى أنظمة حوسبة كمومية أكبر بكثير.
