طور باحثون في جامعة كولورادو بولدر جهازًا بحجم شريحة إلكترونية يمكن أن يسرع بشكل كبير مستقبل الحوسبة الكمومية. يتحكم الجهاز، وهو مُعدِّل الطور البصري، في ترددات الليزر بدقة فائقة مع استهلاك طاقة أقل بكثير من الأنظمة الضخمة الحالية.

نُشر البحث في مجلة Nature Communications، ويوضح بالتفصيل كيف تم تصميم هذه الشريحة الجديدة، التي يقل سمكها بمقدار 100 مرة تقريبًا عن شعرة الإنسان، للتحكم بدقة في ضوء الليزر، وهي قدرة حاسمة لتشغيل أجهزة الكمبيوتر الكمومية المستقبلية. قد تتطلب هذه الحواسيب آلاف أو حتى ملايين الكيوبتات، وهي الوحدات الأساسية للمعلومات الكمومية.

تتمثل إحدى المزايا الرئيسية لهذه التقنية الجديدة في قابليتها للتصنيع. على عكس مكونات الحوسبة الكمومية الحالية التي غالبًا ما يتم تصنيعها حسب الطلب، يتم تصنيع هذه الشريحة باستخدام تقنيات تصنيع الرقائق القياسية. يفتح هذا الباب أمام الإنتاج الضخم، مما قد يتيح إنشاء آلات كمومية أكبر وأكثر قوة من أي شيء ممكن حاليًا. قال جيك فريدمان، الباحث الرئيسي في المشروع: "هذا يغير قواعد اللعبة لأنه يسمح لنا بالابتعاد عن التصنيع المخصص والفريد والتحول نحو التصنيع القابل للتطوير".

تَعِد الحوسبة الكمومية بإحداث ثورة في مجالات مثل الطب وعلوم المواد والذكاء الاصطناعي من خلال حل المشكلات التي لا يمكن حلها حتى لأقوى أجهزة الكمبيوتر التقليدية. ومع ذلك، فقد أعاق تطوير أجهزة الكمبيوتر الكمومية العملية تعقيد وتكلفة بناء وصيانة الأجهزة الضرورية. غالبًا ما تتطلب الأنظمة الكمومية الحالية ليزرًا كبيرًا يستهلك الكثير من الطاقة وإعدادات بصرية معقدة للتحكم في الكيوبتات.

تعالج الشريحة الجديدة هذه التحديات من خلال دمج عناصر التحكم البصرية على جهاز واحد صغير وموفر للطاقة. هذا التصغير لا يقلل فقط من حجم واستهلاك الطاقة لأجهزة الكمبيوتر الكمومية ولكنه يجعلها أيضًا أكثر استقرارًا وموثوقية. أوضح فريدمان: "من خلال دمج كل هذه المكونات على شريحة واحدة، يمكننا تقليل تعقيد وتكلفة بناء أجهزة الكمبيوتر الكمومية بشكل كبير".

يمثل تطوير هذه الشريحة خطوة مهمة نحو تحقيق إمكانات الحوسبة الكمومية. في حين أن أجهزة الكمبيوتر الكمومية ليست جاهزة بعد لاستبدال أجهزة الكمبيوتر التقليدية للمهام اليومية، إلا أنها تُظهر بالفعل وعدًا في تطبيقات محددة، مثل اكتشاف الأدوية وتصميم المواد. يمكن أن تؤدي القدرة على إنتاج مكونات الحوسبة الكمومية بكميات كبيرة إلى تسريع تطوير أجهزة كمبيوتر كمومية أكثر قوة وتنوعًا، مما يؤدي إلى تحقيق اختراقات في هذه المجالات وغيرها.

يعمل الباحثون الآن على دمج شرائح متعددة في أنظمة كمومية أكبر واستكشاف تطبيقات جديدة للتكنولوجيا. يعتقد الفريق أن هذه الشريحة الجديدة يمكن أن تمهد الطريق لتطوير أجهزة كمبيوتر كمومية ليست فقط أكثر قوة ولكن أيضًا أكثر سهولة وبأسعار معقولة.