وفقًا للعديد من التقديرات، ستحتاج أجهزة الكمبيوتر الكمومية إلى ملايين الكيوبتات لتحقيق تطبيقاتها المحتملة في الأمن السيبراني، وتطوير الأدوية، وغيرها من الصناعات. المشكلة هي أن أي شخص أراد التحكم في ملايين من نوع معين من الكيوبتات في الوقت نفسه قد واجه مشكلة محاولة التحكم في ملايين من أشعة الليزر.
هذا هو بالضبط التحدي الذي واجهه العلماء الذين يعملون في مشروع MITRE Quantum Moonshot، الذي جمع علماء من معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا، ومعهد ماساتشوستس للتكنولوجيا، وجامعة كولورادو في بولدر، ومختبرات سانديا الوطنية. وجاء الحل الذي طوروه في شكل تقنية عرض الصور التي أدركوا أنها يمكن أن تكون أيضًا حلاً لمجموعة من التحديات الأخرى في الواقع المعزز، والتصوير الطبي الحيوي، وأماكن أخرى. والجهاز عبارة عن شريحة ضوئية تبلغ مساحتها مليمترًا مربعًا واحدًا قادرة على عرض لوحة الموناليزا على مساحة أصغر من حجم خليتي بويضة بشرية.
يقول مات إيشنفيلد، أحد قادة مشروع Quantum Moonshot، وهو جهد بحثي تعاوني يركز على تطوير حاسوب كمي قابل للتطوير يعتمد على الألماس، وأستاذ هندسة الكم في جامعة كولورادو في بولدر: “عندما بدأنا، لم نكن نتوقع أبدًا أننا سنصنع تقنية قد تُحدث ثورة في التصوير. وفي كل ثانية، تستطيع شريحتهم عرض 68.6 مليون نقطة ضوئية فردية، تسمى بكسلات قابلة للمسح لتمييزها عن البيكسلات المادية. وهذا يزيد عن خمسين ضعف قدرة التكنولوجيا السابقة، مثل مصفوفات المرايا الدقيقة للأنظمة الكهروميكانيكية الدقيقة (MEMS).
يقول هنري وين، الباحث الزائر في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا ومهندس الضوئيات في شركة QuEra Computing: “لقد صنعنا الآن بكسلًا قابلاً للمسح الضوئي، وهو في الحد المطلق لما يسمح به الحيود”.
السمة المميزة للرقاقة هي مجموعة من الكابوليات الصغيرة الحجم، والتي تنحني بعيدًا عن مستوى الشريحة استجابةً للجهد الكهربي وتكون بمثابة “قفزات تزلج” مصغرة للضوء. يتم توجيه الضوء على طول كل ناتئ عبر دليل موجي، ويخرج عند طرفه. تحتوي الكابولي على طبقة رقيقة من نيتريد الألومنيوم، وهي كهرضغطية تتمدد أو تنكمش تحت الجهد الكهربي، وبالتالي تحريك الآلة الدقيقة لأعلى ولأسفل وتمكين المصفوفة من مسح حزم الضوء فوق منطقة ثنائية الأبعاد.
وعلى الرغم من حجم الإنجاز الذي حققه الفريق، يقول إيشنفيلد إن عملية هندسة الكابول كانت “سلسة جدًا”. يتكون كل ناتئ من كومة من عدة طبقات من المواد دون الميكرومتر وتلتف بزاوية 90 درجة تقريبًا خارج المستوى في حالة الراحة. ولتحقيق مثل هذا الانحناء العالي، استفاد الفريق من الاختلافات في انكماش وتوسع الطبقات الفردية الناجمة عن الضغوط الفيزيائية في المادة الناتجة عن عملية التصنيع. يتم أولاً إيداع المواد بشكل مسطح على الشريحة. بعد ذلك، تتم إزالة طبقة في الرقاقة الموجودة أسفل الكابولي، مما يسمح لضغوط المواد بأن تصبح سارية المفعول، وتحرير الكابولي من الرقاقة والسماح لها بالالتفاف. تتميز الطبقة العليا من كل ناتئ أيضًا بسلسلة من قضبان ثاني أكسيد السيليكون التي تعمل بشكل عمودي على الدليل الموجي، والتي تمنع الكابولي من الالتفاف على طول عرضه مع تحسين انحناءه الطولي أيضًا.
يهتز الكابولي الصغير ويهتز لتسليط الضوء في المكان المناسب.مات ساها، Y. هنري وين، وآخرون.
ما كان يمثل تحديًا أكبر من هندسة الشريحة نفسها هو معرفة تفاصيل إنشاء صور ومقاطع فيديو لمشروع الشريحة فعليًا. إن العمل على عملية مزامنة وتوقيت حركة الكابول وأشعة الضوء لتوليد الألوان المناسبة في الوقت المناسب كان مجهودًا كبيرًا، وفقًا لأندي جرينسبون، الباحث في MITRE والذي عمل أيضًا في المشروع. الآن، نجح الفريق في عرض مجموعة متنوعة من مقاطع الفيديو من دعامة واحدة، بما في ذلك مقاطع من الفيلم عيد الميلاد تشارلي براون.
عرضت الشريحة صورة بحجم 125 ميكرومتر تقريبًا للموناليزا.مات ساها، Y. هنري وين، وآخرون.
نظرًا لأن الشريحة يمكنها عرض العديد من النقاط في أي فترة زمنية معينة أكثر من أي ماسحات ضوئية سابقة، فيمكن استخدامها أيضًا للتحكم في عدد أكبر من الكيوبتات في أجهزة الكمبيوتر الكمومية. تتمثل مهمة برنامج Quantum Moonshot في بناء حاسوب كمي يمكن زيادته إلى ملايين الكيوبتات. يوضح ون أنه من الواضح أنها تحتاج إلى طريقة قابلة للتطوير للتحكم في كل واحدة منها. وبدلاً من استخدام ليزر واحد لكل كيوبت، أدرك الفريق أنه ليس من الضروري التحكم في كل كيوبت في كل لحظة. إن قدرة الشريحة على تحريك أشعة الضوء على منطقة ثنائية الأبعاد، ستسمح لها بالتحكم في جميع الكيوبتات باستخدام عدد أقل من أشعة الليزر.
هناك عملية أخرى يعتقد وين أن الشريحة يمكن تحسينها وهي مسح الكائنات للطباعة ثلاثية الأبعاد. واليوم، يتضمن ذلك عادةً استخدام ليزر واحد لمسح سطح الجسم بالكامل. ومع ذلك، يمكن للرقاقة الجديدة أن تستخدم الآلاف من أشعة الليزر. يقول وين: “أعتقد أنه يمكنك الآن إجراء عملية كانت ستستغرق ساعات وربما تختصرها إلى دقائق”.
ون متحمس أيضًا لاستكشاف إمكانات الأشكال الكابولية المختلفة. ومن خلال تغيير اتجاهات القضبان المتعامدة مع الدليل الموجي، تمكن الفريق من جعل الكابولي يلتف إلى حلزونات. يقول وين إن مثل هذه الأشكال غير العادية يمكن أن تكون مفيدة في إنشاء مختبر على شريحة لبيولوجيا الخلية أو تطوير الأدوية. “الكثير من هذه الأشياء عبارة عن تصوير، ومسح ليزر عبر شيء ما، إما لتصويره أو لتحفيز بعض الاستجابة. ولذا يمكننا أن نجعل إحدى قفزات التزلج هذه تلتف ليس فقط للأعلى، بل تلتف في الواقع للخلف، ثم تتحرك وتفحص عينة، “يشرح وين. “إذا كان بإمكانك تخيل هيكل سيكون مفيدًا لك، فيجب أن نحاول ذلك.”
من مقالات موقعك
مقالات ذات صلة حول الويب
