تكشف طريقة حسابية جديدة عن طريقة أسرع لاستكشاف الأنظمة الكمومية المعقدة، مما يشير إلى التطبيقات الناشئة في حوسبة الجيل التالي. الائتمان: الأسهم

تعمل خوارزمية جديدة مستوحاة من الكم على إعادة تشكيل كيفية تعامل العلماء مع بعض المواد المعروفة الأكثر تعقيدًا، مما يتيح التحليل السريع للهياكل التي كانت في السابق خارج نطاق الوصول الحسابي.

تعتمد التقنيات الكمومية، بما في ذلك أجهزة الكمبيوتر الكمومية، على مواد تعرض تأثيرات كمومية غير عادية في ظل ظروف محددة. وقد وجد الباحثون أن هذه الخصائص يمكن هندستها أيضًا عن طريق تعديل بنية المادة. على سبيل المثال، طبقات التراص والالتواء قليلاً الجرافين يخلق نمط تموج في النسيج يمكنه تحويل المادة إلى موصل فائق.

ومع قيام العلماء ببناء أنظمة ذات طبقات معقدة بشكل متزايد، فقد وصلوا إلى هياكل مثل أشباه البلورات والمواد فائقة التموج. ويتمثل التحدي في توقع التصاميم التي ستكون مفيدة. تتطلب نمذجة هذه المواد حساب كميات هائلة من البيانات. وفي حالة أشباه البلورات، يمكن أن يشمل ذلك أكثر من كوادريليون رقم، وهو ما يتجاوز بكثير حدود أقوى أجهزة الكمبيوتر العملاقة.

اختراق مستوحى من الكم

الباحثون في قسم الفيزياء التطبيقية بجامعة آلتو لقد قدموا خوارزمية مستوحاة من الكم يمكنها التعامل مع هذه الأنظمة الضخمة غير الدورية بسرعة ملحوظة. وفقًا للأستاذ المساعد خوسيه لادو، يسلط هذا العمل الضوء أيضًا على حلقة ردود الفعل المتنامية في تكنولوجيا الكم.

ويوضح قائلاً: “الأهم من ذلك، أن هذه الخوارزميات الكمومية الجديدة يمكن أن تمكن من تطوير مواد كمومية جديدة لبناء نماذج جديدة للحواسيب الكمومية، مما يخلق حلقة تغذية مرتدة ثنائية الاتجاه بين المواد الكمومية وأجهزة الكمبيوتر الكمومية”.

يمكن لشبكات الموتر أن تمثل وظائف على شبكات فائقة الدقة، مما يجعلها تقنية واعدة لحساب المواد الكمومية الضخمة. الائتمان: خوسيه لادو / جامعة آلتو.

تلعب شبكات Tensor دورًا مركزيًا في هذا النهج، حيث يمكنها تمثيل الوظائف عبر شبكات حسابية دقيقة للغاية. وهذا يجعلها مناسبة تمامًا لتحليل المواد الكمومية واسعة النطاق. يمكن أن تؤدي النتائج إلى إلكترونيات غير قابلة للتبديد، مما قد يساعد في تقليل الحرارة الناتجة عن مراكز البيانات التي تعتمد على الذكاء الاصطناعي.

ترأس فريق البحث لادو وضم باحث الدكتوراه تياجو أنتاو، المؤلف الرئيسي للدراسة، إلى جانب باحث الدكتوراه في QDOC ييتاو صن وزميل أبحاث الأكاديمية أدولفو فوميجا. ونشرت نتائجهم في رسائل المراجعة البدنية كاقتراح المحرر.

التعقيد المتناثر في أشباه البلورات

ركزت الدراسة على أشباه البلورات الطوبولوجية، التي تستضيف إثارات كمومية غير عادية. تساعد هذه الإثارات في الحفاظ على التوصيل الكهربائي عن طريق حمايته من الضوضاء والتداخل. ومع ذلك، فهي موزعة بشكل غير متساو في جميع أنحاء المادة، مما يجعل من الصعب تحليلها.

وبدلاً من محاولة نمذجة البنية الكاملة بشكل مباشر، أعاد الباحثون صياغة المشكلة باستخدام مبادئ مشابهة لتلك المستخدمة في الحوسبة الكمومية.

يقول أنتاو: “تعمل أجهزة الكمبيوتر الكمومية في مساحات حسابية كبيرة جدًا، لذلك استخدمنا عائلة خاصة من الخوارزميات لتشفير تلك المساحات، والمعروفة باسم الشبكات الموترية، لحساب شبه بلوري يضم أكثر من 268 مليون موقع. تُظهر خوارزميتنا كيف يمكن حل المشكلات الهائلة في المواد الكمومية مباشرةً من خلال التسريع الأسي الذي يأتي من تشفير المشكلة كنظام كمي متعدد الأجسام”.

وقد تم اختبار الطريقة حتى الآن من خلال عمليات المحاكاة، ولكن قد يتبعها التحقق التجريبي.

يقول لادو: “إن الخوارزمية المستوحاة من الكم التي أظهرناها تمكننا من إنشاء شبه بلورات ذات تموج فائق في الحجم أعلى بعدة مرات من قدرات الطرق التقليدية. وهذه خطوة مفيدة نحو تصميم الكيوبتات الطوبولوجية بمواد تموج فائق في النسيج لاستخدامها في أجهزة الكمبيوتر الكمومية، على سبيل المثال”.

نحو تطبيقات الحوسبة الكمومية الحقيقية

وفقًا لادو، يمكن تعديل خوارزمية الفريق ليتم حقنها في الكمبيوتر الكمي.

ويشير لادو إلى أن الخوارزمية يمكن أن تعمل في نهاية المطاف على أجهزة الكمبيوتر الكمومية الفعلية.

يقول لادو: “يمكن تكييف طريقتنا لتعمل على أجهزة الكمبيوتر الكمومية الحقيقية، بمجرد وصولها إلى الحجم والدقة اللازمين. على وجه الخصوص، يمكن لـ AaltoQ20 الجديد والبنية التحتية للحوسبة الكمومية الفنلندية أن تلعب دورًا مهمًا في العروض التوضيحية المستقبلية”.

تشير النتائج إلى أن تصميم وفهم المواد الكمومية المعقدة يمكن أن يصبح أحد الاستخدامات العملية الأولى للخوارزميات الكمومية. يربط هذا العمل أيضًا مجالين رئيسيين للبحث الكمي في فنلندا: علم المواد وتطوير الخوارزميات.

المرجع: “طريقة الشبكة الموترية لطوبولوجيا الفضاء الحقيقي في فسيفساء تشيرن شبه البلورية” بقلم جيمس في سي أنتاو وييتاو صن وأدولف أو. فوميجا وخوسيه إل لادو، 13 أبريل 2026، رسائل المراجعة البدنية.
دوى: 10.1103/hhdf-xpwg

تعد هذه الدراسة جزءًا من منحة ERC Consolidator Grant ULTRATWISTROICS من Lado، والتي تركز على إنشاء كيوبتات طوبولوجية باستخدام مواد van der Waals. كما أنها تساهم في مركز التميز في المواد الكمومية (QMAT)، الذي يهدف إلى تطوير تقنيات الكم في العقود القادمة.

لا تفوت أي اختراق: انضم إلى النشرة الإخبارية SciTechDaily.
تابعونا على جوجل و أخبار جوجل.

إقرأ المزيد