اكتشف الفيزيائيون كيفية تأكيد أي حالة كمومية باستخدام نجم

يمكن للأجهزة المعتمدة على التأثيرات الكمومية معالجة المعلومات وتخزينها بشكل أفضل من الأجهزة التقليدية. على الرغم من أن أمامهم عددًا محدودًا جدًا من المهام المتاحة لهم، إلا أن العلماء يعلقون آمالًا كبيرة على الحوسبة الكمومية. تعمل المجموعات الأكاديمية والتجارية حول العالم باستمرار على جعل تقنيات الحوسبة هذه متاحة للجميع. إحدى الصعوبات في العمل مع مثل هذه الأجهزة عالية التقنية هي صعوبة مراقبتها. لا تتطلب الحالات الكمومية بيئات خاصة ودرجات حرارة منخفضة ومواد غريبة فحسب، بل إنها موجودة أيضًا بطرق عديدة باعتبارها “الصندوق الأسود”. ليس من الممكن دائمًا أن نقول بالضبط ما يحدث داخل الكيوبت أو الجسيمات المتشابكة الكمومية. أحد الأساليب للتأكد من أن العلماء يعملون باستخدام الحالة أو القياس الكمي الصحيح تمامًا يسمى الاختبار الذاتي. تسمح هذه التقنية للباحثين بتأكيد خصائص النظام الكمي من خلال تحليل البيانات التي ينتجها الجهاز كمخرجات فقط، دون الخوض في كيفية عمله داخليًا.

قدم فريق دولي من الباحثين مخططًا عالميًا جديدًا. يمكن استخدامه للاختبار الذاتي لأي حالة أو قياس كمي. وفقًا لبروتوكولهم، يجب وضع الجهاز في شبكة نجمية بسيطة. العقدة المركزية، التي تمر من خلالها جميع الاتصالات، متصلة بعدة عقد خارجية. بمجرد أن يتلقى العلماء إشارات من جميع مخرجات النجم، يمكنهم تحليل الارتباطات بينها وتحديد ما إذا كانت تتفق مع التنبؤات النظرية، وبالتالي، ما إذا كانت الحالات الكمومية في النظام محفوظة. تم نشر البروتوكول في مقال في مجلة Nature Physics. التحدي الآخر في هندسة الكم هو تحديد ما إذا كان الجهاز سيحل مشكلة معينة بشكل صحيح. يتم طرح أسئلة معينة على الجهاز، من الإجابات التي يمكن للعلماء أن يفهموا أنه تم استخدام التأثيرات الكمومية في الحسابات، وأن النظام لم يتم تدميره ويعمل على النحو المنشود. في هذه الحالة، من الناحية المثالية، يجب أن يكون التقييم مستقلاً – هناك حاجة إلى جهاز ثانٍ، ويجب ألا يقوم النظام الكمي بتقييم نفسه. جعل التصميم على شكل نجمة من الممكن تحقيق ذلك. يمكن للعقدة المركزية تنفيذ العمليات على الإشارات الواردة من جميع الروابط، بينما تعمل الأنظمة الخارجية فقط على الروابط الخاصة بها. للتحقق من ذلك، يستخدم العلماء عائلة متباينات بيل، والتي من خلالها يقومون أولاً بفحص العقد الخارجية وخطوط الاتصال الخاصة بهم مع النقطة المركزية. ثم قام الباحثون بتقييم نتائج التفاعلات من خلال العقدة المركزية، وبناءً على ذلك، تمكنوا من استخلاص استنتاجات حول الحالات الكمومية في الدائرة.

[shesht-info-block number=1]

“في عملنا، أثبتنا أنه لكل حالة وقياس كمي هناك مجموعة فريدة من الارتباطات التي تسمح بتحديدها بطريقة مستقلة عن الجهاز، أي دون أي ثقة في الأجهزة المستخدمة. من وجهة نظر تطبيقية، اقترحنا طريقة للتحقق من أي جهاز يقوم بإعداد الحالات الكمومية، وكذلك أي جهاز قياس. وفي الوقت نفسه، نحن نحل مشكلة مفتوحة: هل من الممكن التحقق من حالة مختلطة بطريقة مستقلة عن الجهاز – وهذا غير ممكن في المعيار قال البروفيسور ريميجيوس أوجوسياك: “سيناريو الجرس”. والميزة الرئيسية للبروتوكول المنشور هو تنوعه. لقد تم بالفعل تنفيذ الشبكة النجمية بشكل تجريبي مع عدد محدود من الأنظمة الخارجية، والآن يمكن للعلماء تطوير المفهوم لشبكات أكبر من أي وقت مضى تتضمن أنظمة أكثر تشابكًا كميًا.