آي بي إم تصل رقاقتين من 120 كيوبت بكابلات طولها 80 سم بدقة 99%

وصل باحثون في آي بي إم (IBM) معالجين كموميين فائقي التوصيل، يضم كل منهما 120 كيوبت، بأربعة كابلات طول كل منها 80 سنتيمترًا، ونقلوا الحالات الكمومية بين الرقاقتين بدقة متوسطة بلغت 99.00 في المئة. نُشر العمل، الذي أجراه فريق يضم نيريجا سونداراسان (Neereja Sundaresan)، في 21 أكتوبر على شكل نسخة أولية على arXiv بعنوان «Meter-scale quantum interconnects between large quantum processors» (وصلات كمومية بمقياس المتر بين معالجات كمومية كبيرة)؛ ولم تخضع بعد لمراجعة الأقران.

لماذا تحتاج الرقاقات إلى كابلات

يخزّن الحاسوب الكمومي المعلومات في كيوبتات. وعلى خلاف البت العادي الذي يكون إما 0 أو 1، يمكن للكيوبت أن يكون في مزيج من الحالتين إلى أن يُقاس. ومن الصعب حشد عدد متزايد من الكيوبتات على رقاقة واحدة، لذلك تتبع آي بي إم نهجًا معياريًا: عدة معالجات، كل منها وحدة، موصولة معًا. ولهذا يجب أن تحمل الوصلات حالات كمومية هشة عبر مسافات تُعد طويلة بمقاييس الرقاقة، وسيحتاج الجهاز إلى وصلات متطابقة كثيرة بين أي وحدتين.

يسمي الفريق وصلاته المقرنات بعيدة المدى، أو L-couplers. وفي هذا العمل ربطت أربعة منها معالجين من طراز IBM Nighthawk R1، يضم كل منهما 120 كيوبت.

كيف يُبنى المقرن L-coupler

يصل كل مقرن L-coupler كيوبتين من شبكتي المعالجين عبر «كيوبتين L» قابلين لضبط التردد، ومقرنين يعتمدان على دارة RF-SQUID فائقة التوصيل، و80 سنتيمترًا من كابل محوري من الألومنيوم فائق التوصيل. يقف الكابل عموديًا على سطح المعالج، ما يتيح وصلات أكثر كثافة، ويُثبَّت بالرقاقة بوصلة ضغط من الإنديوم إلى الإنديوم تُنفَّذ في درجة حرارة الغرفة بعد تركيب الوحدتين في المبرّد الكرايوستات، وهو الثلاجة التي تُبقي الكيوبتات باردة. تقع أنماط الوصلات قرب 5 غيغاهرتز، مع عوامل جودة داخلية من 0.86 إلى 1.09 مليون، وهو مقياس لمدى قلة ما تفقده من طاقة.

ماذا تُظهر الأرقام

• بلغت دقة نقل الحالة عبر الوصلات، مقيسةً بالقياس المعياري للشبكة، متوسطًا قدره 99.00 في المئة. وبلغت أفضل وصلة 99.29 ± 0.07 في المئة.
• عملت بوابات CZ ثنائية الكيوبت بين كيوبتات على رقاقتين مختلفتين بدقة متوسطة 94.75 في المئة، وبلغت أفضل وصلة 96.42 ± 0.28 في المئة.
• استخدم الباحثون هذه البوابات لتوليد حالات متشابكة عبر المعالجين، بما في ذلك أزواج بيل متزامنة عبر مقرنين L-coupler متجاورين.

الدقة هنا هي نسبة الحالة الكمومية المقصودة التي تصل سليمة؛ و100 في المئة تعني نقلًا مثاليًا. أما التشابك فهو رابطة كمومية بين جسيمات لا يمكن فيها وصف حالة أحدها دون الآخر.

الحدود

وفقًا لما أوردته ScienceAlert، فقدت الكابلات قدرًا ضئيلًا جدًا من الطاقة أثناء الاستخدام وظلّت تعمل بعد ثلاث دورات من التسخين والتبريد. ولاحظ الباحثون أيضًا تداخلًا مغناطيسيًا أثّر في جودة الإشارة، وستلزم تحسينات إضافية في الكفاءة قبل أن تصبح المقرنات L-couplers جاهزة للاستخدام العملي. ويكتب المؤلفون أن هذا، بحسب علمهم، هو أول عرض لوصلة كمومية متعددة القنوات بين معالجات فائقة التوصيل كبيرة عدد الكيوبتات.

وقالت آي بي إم إنها تهدف إلى تسليم حاسوب كمومي مقاوم للأخطاء بحلول عام 2029. المزيد من التغطية التقنية في قسم التكنولوجيا.