فيزيائي من UCF يحصل على منحة ORAU لتثبيت الدوائر فائقة التوصيل عبر التجديل الطوبولوجي
حصل الدكتور هان تشاو، الأستاذ المساعد في الفيزياء بجامعة سنترال فلوريدا (UCF)، على جائزة رالف إي. باو لتعزيز أعضاء هيئة التدريس المبتدئين من منظمة Oak Ridge Associated Universities (ORAU)، وذلك لدعم مشروع بحثي مبتكر يستكشف نهجًا بديلًا للحوسبة الكمومية المتسامحة مع الأخطاء، يعتمد على المرنانات النانوميكانيكية لحماية العمليات المنطقية الكمومية الحساسة.
يتجاوز هذا المشروع الأعباء المادية الثقيلة المرتبطة بمخططات تصحيح الأخطاء الكمومية التقليدية (QEC)، حيث يستخدم الفريق البحثي الاهتزازات الفيزيائية المجهرية لبناء آلية "تجديل طوبولوجي" داخل الأنظمة الكمومية المفتوحة، مما يجعل البوابات المنطقية الفردية مقاومة بطبيعتها للتداخلات البيئية. تعتمد المنصة على دوائر الموجات الدقيقة فائقة التوصيل المقترنة بمرنانات نانوميكانيكية، تعمل في بيئة تحت الكلفن باستخدام بنية تحتية لمبردات التخفيف.
في البنى الكمومية القياسية، تُزعزع الضوضاء البيئية - بما فيها المجالات الراديوية الشاردة والتقلبات الحرارية بمقياس الميكرو-كلفن والاهتزازات الفيزيائية المحيطة - الحالات الكمومية الهشة، مسببةً فقدان الترابط الطوري السريع وأخطاء الحساب. وبينما تعالج تقنيات تصحيح الأخطاء الكمومية التقليدية هذه المشكلة بتجميع عدد كبير من الكيوبتات الفيزيائية لبناء كيوبت منطقي محمي واحد، فإنها تتطلب توسعًا فيزيائيًا هائلًا. أما نهج تشاو فيُدخل المرنانات الميكانيكية المجهرية مباشرةً في الدوائر الكمومية فائقة التوصيل، وعبر التحكم في التفاعل الفيزيائي بين إشارات الموجات الدقيقة وهذه الهياكل المهتزة قرب الصفر المطلق، يُجبر النظام الإثارات الكمومية على تبادل خصائصها دوريًا وفق مسار زمني هندسي.
تبلغ قيمة التمويل الإجمالي 10,000 دولار أمريكي، مقسمة بين منحة ORAU التنافسية (5,000 دولار) ومساهمة مماثلة إلزامية من الجامعة. يُخصص هذا التمويل بالكامل - دون أي اقتطاعات إدارية - لرواتب طلاب الدراسات العليا المتخصصين واقتناء عُقد التحكم في الأجهزة المتقدمة.
من الناحية التحليلية، تكمن أهمية هذا البحث في اعتماده على الطوبولوجيا بدلًا من دقة التحكم المطلقة؛ فحتى لو انحرفت مسارات النبضات الفردية بسبب عيوب التحكم، تبقى الحالة الكمومية المستهدفة مستقرة طالما اكتمل نمط التجديل الهندسي الشامل. يُشكّل هذا النهج طبقة دفاعية على مستوى العتاد ضد الأخطاء الهندسية الموضعية، مما قد يُقلل بشكل جذري من متطلبات الموارد للحوسبة الكمومية المتسامحة مع الأخطاء. يُمثل هذا المشروع نموذجًا واعدًا للباحثين العرب المهتمين بتطوير أساليب مبتكرة منخفضة التكلفة لحماية المعلومات الكمومية.