باحثون يحققون مستويات ضوضاء منخفضة جداً لمنصة كيوبت جديدة

حقق باحثون في مختبر Argonne الوطني التابع لوزارة الطاقة الأمريكية إنجازاً مهماً في مجال الحوسبة الكمومية من خلال تطوير منصة كيوبت جديدة تظهر مستويات ضوضاء منخفضة بآلاف المرات مقارنة بالكيوبت التقليدي. المنصة الجديدة تعتمد على حبس إلكترونات مفردة على سطح غاز النيون المتجمد، وقد نُشرت نتائج الدراسة في مجلة Nature Electronics بالتعاون مع جامعات Notre Dame وChicago وHarvard وNortheastern وFlorida State.

تستخدم المنصة الجديدة تقنية فريدة تم اختراعها في مركز المواد النانوية في مختبر Argonne عام 2022، حيث يتم تجميد غاز النيون إلى حالة صلبة ثم رش الإلكترونات من خيوط المصابيح الكهربائية على السطح الصلب. يعمل قطب كهربائي خاص على حبس إلكترون واحد فوق سطح النيون مباشرة، ويعمل هذا الإلكترون كـكيوبت، حيث تمثل حركة الإلكترون في الفضاء حالتي 0 و1 للكيوبت. يتضمن النظام أيضاً جهاز رنين (resonator) يرسل نبضات الميكروويف للتحكم في حالة الكيوبت وقياسها.

أظهرت دراسة سابقة في 2024 أن كيوبت الإلكترون على النيون يمكنه تحقيق زمن تماسك كمومي (coherence time) يصل إلى 0.1 ميلي ثانية، وهو تحسن يقارب ألف مرة عن الرقم القياسي السابق للكيوبت الشبه موصل التقليدي، ومنافس لأفضل الكيوبت فائقة التوصيل أداءً. كما برهنت الدراسة على دقة البوابة (gate fidelity) العالية للكيوبت، والتي تقيس مدى دقة تحكم الكيوبت في معالجة المعلومات الكمومية.

تكمن أهمية هذا الإنجاز في أن النيون الصلب هادئ بطبيعته أكثر بكثير من المواد الشبه موصلة وفائقة التوصيل لأنه خامل كيميائياً وخال من الشوائب. وجد الباحثون أن الضوضاء الكمومية (noise) في منصة كيوبت النيون أقل بـ10 إلى 10,000 مرة من معظم الكيوبت الشبه موصلة، وتنافس أقل مستويات الضوضاء المسجلة في أشباه الموصلات. هذا التطور يضع المنصة كمرشح قوي في مجال تقنيات الحوسبة الكمومية عالية الأداء، خاصة مع إمكانية التصنيع الأبسط والأقل تكلفة مقارنة بالمنصات التقليدية، ما يفتح المجال أمام تطبيقات عملية أوسع في المستقبل.