باحثو NTHU يستخدمون فوتونًا واحدًا في تطوير أصغر كمبيوتر كمي في العالم

(SeaPRwire) –   HSINCHU, تايوان، 08 نوفمبر 2024 — أعلن فريق بحثي بقيادة البروفيسور تشي-سونغ تشو من قسم الفيزياء ومركز تكنولوجيا الكم في جامعة تسينغ هوا الوطنية (NTHU) في تايوان مؤخرًا أنه تمكن بنجاح من تطوير أصغر كمبيوتر كمومي في العالم — باستخدام فوتون واحد فقط. ويعد هذا الكمبيوتر الكمومي البصري أيضًا الأول الذي تم تطويره في تايوان.

أظهر فريق بحث البروفيسور تشو في المؤتمر الصحفي أن الكمبيوتر الكمومي البصري الخاص بهم، الذي يعمل في حلقة ألياف بصرية باستخدام فوتون واحد فقط، يمكنه معالجة عمليات رياضية معقدة، بما في ذلك عمليات التحليل إلى عوامل أولية مثل 15 = 5 × 3 — وهي المرة الأولى على الإطلاق التي يتم فيها استخدام فوتون وحيد عالي الأبعاد لأداء خوارزميات الكم.

تم نشر بحث الفريق الرائد في عدد سبتمبر من مجلة Physical Review Applied.

قال رئيس NTHU، و. جون كاو، إن بحث الفريق الرائد يعد علامة فارقة في أجهزة الكمبيوتر الكمومية. في العام الماضي، زار كاو أكثر مختبرات الكمبيوتر الكمومية تقدمًا في الولايات المتحدة، وكان ما لفت انتباهه هو نظام التبريد الضخم الذي ملأ غرفة كاملة، محافظًا على درجة الحرارة عند 273 درجة مئوية تحت الصفر. ومع ذلك، يمكن للكمبيوتر الكمومي البصري الذي تم تطويره في NTHU العمل في درجة حرارة الغرفة والجهاز بحجم صندوق فقط، مما دفع كاو إلى التصريح، “آمل أن يكون لدينا جميعًا كمبيوتر كمومي بصري على مكتبنا في يوم من الأيام!”

شرح تشو أن الفوتونات هي جسيمات أولية للضوء. من أجل السماح للفوتون بحمل المزيد من المعلومات، طور الفريق تقنية يمكنها ترميز المعلومات في 32 بعدًا على فوتون واحد. وكما هو معروف على نطاق واسع، فإن الجسم أحادي البعد هو خط، والجسم ثنائي البعد هو مستوى ذو طول وعرض، والجسم ثلاثي الأبعاد له طول وعرض وارتفاع. يستطيع الكمبيوتر الكمومي الذي أنشأه فريق تشو ترميز المعلومات في 32 بعدًا، أو “أوعية زمنية”، ضمن فوتون واحد، مما يكسر الرقم القياسي العالمي.

شبه تشو الفوتونات ذات سعة تخزين 32 بعدًا بتحويل دراجة أحادية المقعد إلى دراجة 32 مقعدًا.

شرح تشو أيضًا أن أجهزة الكمبيوتر الكمومية البصرية التقليدية تتطلب العديد من الفوتونات، ولكن يتم إنشاء الفوتونات بشكل احتمالي، تظهر وتختفي من لحظة إلى أخرى، مما يجعل من الصعب جعل العديد من الفوتونات تظهر في نفس الوقت. وهذا ما حول انتباه تشو إلى إمكانية دمج كل المعلومات في فوتون واحد. يهدف الفريق بعد ذلك إلى إيجاد طريقة لزيادة سعة تخزين المعلومات في فوتون واحد، حتى يتمكن من معالجة عمليات كمومية أكثر تعقيدًا.

في حين أن أجهزة الكمبيوتر العادية تقوم بتنفيذ العمليات باستخدام الكهرباء لنقل البيانات على لوحات الدوائر، تستخدم أجهزة الكمبيوتر الكمومية البصرية الضوء لنقل البيانات وتستخدم ميكانيكا الكم لأداء العمليات. شرح تشو أنه بينما تستخدم أجهزة الكمبيوتر العادية “بتات” ثنائية، يمكنها تمثيل 0 أو 1 فقط، فإن “كيوبت” الكمومي، المستخدم في الكمبيوتر الكمومي، يمكن أن يكون 0 و 1 في نفس الوقت. هذه الخاصية تسمى “التراكب الكمومي” وتُمكّن أجهزة الكمبيوتر الكمومية من معالجة عمليات معقدة مثل التحليل إلى عوامل أولية وعمليات البحث عن البيانات الضخمة أسرع مئات الملايين من المرات من أجهزة الكمبيوتر العادية.

أشار عميد كلية العلوم، تشونغ-يو مو، إلى أن هذا الكمبيوتر الكمومي البصري هو نتيجة للبحث والتطوير المستقل برعاية مركز تكنولوجيا الكم في NTHU، مما يدل على قوة المدرسة التقنية في مجال تكنولوجيا الكم والتزامها بالابتكار. من بين مجموعة واسعة من التطبيقات المستقبلية لأجهزة الكمبيوتر الكمومية البصرية، يوجد البحث والتطوير للأدوية الجديدة، وتحسين الخدمات اللوجستية، وأمن المعلومات. علاوة على ذلك، نظرًا لأن كفاءة أجهزة الكمبيوتر الكمومية البصرية تتجاوز إلى حد كبير كفاءة أجهزة الكمبيوتر الفائقة المستخدمة حاليًا، فمن المتوقع أن يكون لها تأثير كبير على التطور المستقبلي للذكاء الاصطناعي.

اتصال:
Holly Hsueh
NTHU
(886)3-5162006
hoyu@mx.nthu.edu.tw