تقوم ألمانيا بإنشاء كمبيوتر كمي مباشرة على شريحة

اتخذ العلماء في ألمانيا خطوة جديدة نحو أجهزة الكمبيوتر الكمومية العملية من خلال دمج عناصر البصريات الكمومية مباشرة على الشريحة. يمكن أن يحل هذا الاختراق محل التركيبات الضوئية الضخمة برقائق مدمجة، مما يبسط توسيع نطاق الأنظمة الكمومية ويزيد من موثوقيتها، حسبما تشير التقارير. فراونهوفر IAF بالتعاون مع شركتي QUDORA Technologies GmbH وAMO GmbH.

رقاقة بدلاً من التثبيت الضخم

تستخدم أجهزة الكمبيوتر الكمومية التقليدية ذات مصيدة الأيونات عدسات ومرايا معقدة لتوجيه أشعة الليزر بدقة إلى الكيوبتات الفردية. مع زيادة عدد الكيوبتات، تصبح مثل هذه الإعدادات ضخمة جدًا ويصعب التحكم فيها بدقة.. ويتخذ مشروع SmaraQ نهجًا مختلفًا: حيث يتم إنشاء المكونات الضوئية والأدلة الموجية للأشعة فوق البنفسجية المصنوعة من نيتريد الألومنيوم وأكسيد الألومنيوم مباشرة على الشريحة، لتوجيه الضوء بدقة نانومترية إلى كل أيون. وهذا يسمح بالتحكم في الكيوبتات بدون بصريات حرة ضخمة، مما يقلل من حجم النظام ويحسن الاستقرار.

قال الدكتور مايك شيلر، رئيس قسم الضوئيات في QUDORA: “التكامل على الرقاقة هو الطريق إلى أجهزة الكمبيوتر الكمومية الأيونية القابلة للتطوير. نحن نقوم بإنشاء أدلة موجية رفيعة تصل إلى عشرة آلاف من شعرة الإنسان والتي توفر الضوء بالضبط حيث يلزم التحكم في الكيوبتات”.

التعاون الشامل

يجمع SmaraQ بين ثلاث شركات، تقدم كل منها مهارات فريدة من نوعها. تقوم QUDORA بتنسيق دمج المكونات الضوئية في بنية الحوسبة الكمومية الأيونية باستخدام تقنية NFQC التي تتيح التماسك العالي والتحكم الدقيق في الكيوبتات. تقوم شركة Fraunhofer IAF بتطوير أفلام نيتريد الألومنيوم الفوقي عالية الجودة التي تتشكل عليها الهياكل الضوئية، في حين أن شركة AMO GmbH مسؤولة عن إنتاج المكونات والطباعة الحجرية على مستوى النانومتر. وتعمل هذه الجهود مجتمعة على إنشاء سلسلة توريد كاملة للمواد البالغة الأهمية لتقنيات الكم، مما يعزز استقلال أوروبا التكنولوجي.

اسم SmaraQ مستوحى من الطائر الطنان الصغير الملون، المعروف بدقته وإدراكه للأشعة فوق البنفسجية، والذي يرمز إلى مبدأ المشروع: التحكم في تدفقات الفوتون على المستوى المجهري

خطوة نحو الإنتاج الصناعي

يتم تحديد التسليم الدقيق للضوء لكل كيوبت أحد القيود الرئيسية على قابلية التوسع. مع زيادة عدد الأيونات في النظام، يصبح الحفاظ على استقرار الليزر في التركيبات التقليدية شبه مستحيل. إن دمج الضوئيات الموجودة على الرقاقة لا يتيح الأداء القوي فحسب، بل يمهد الطريق أيضًا لإنتاج كميات كبيرة من المعالجات الكمومية باستخدام تقنيات صناعة أشباه الموصلات التي أثبتت جدواها.

إذا نجح SmaraQ، فقد تصبح الرقائق الضوئية المتكاملة أساسًا لأجهزة الكمبيوتر الكمومية الصناعية، مما يسد الفجوة بين النماذج الأولية المختبرية والأنظمة القابلة للتطبيق تجاريًا. سيمكن هذا التصغير من إنشاء منصات قابلة للتطوير بمئات وآلاف الكيوبتات، مما يوفر تحكمًا دقيقًا في الضوء وتشغيلًا مستقرًا.

يؤكد الدكتور شيلر: “إن تطبيق هذه التقنيات على الشريحة يمكن أن ينقل أجهزة الكمبيوتر الكمومية من الإعدادات التجريبية إلى أنظمة الحياة الواقعية القادرة على حل المشكلات التي لا تستطيع الآلات الكلاسيكية حلها”.