ما مدى تأثر الدوائر الإلكترونية الدقيقة في الحواسيب الكمية بالضجيج الكهرومغناطيسي من البيئة المحيطة

Question

شرح السؤال:

تُبنى الحواسيب الكمية على مفاهيم غير تقليدية مثل التراكب الكمي والتشابك، حيث تُستخدم كيوبتات حساسة للغاية. لكن هذه الكيوبتات تعمل غالبًا عند درجات حرارة قريبة من الصفر المطلق، ويُعتقد أنها معرضة لتداخل حتى من أقل الإشارات الكهرومغناطيسية. فهل يمكن للضجيج الكهرومغناطيسي البيئي أن يؤثر على استقرار هذه الأنظمة؟ وما السبل المستخدمة للتقليل من هذا التداخل؟

Answer 1

✅ الإجابة التفصيلية:

أولًا: مبدأ عمل الحواسيب الكمية:

• تعتمد على الكيوبتات التي يمكن أن تمثل 0 و1 في آن واحد.

• الحوسبة الكمية تستفيد من التراكب والتشابك، لكنها شديدة الحساسية لأي اضطراب خارجي.

ثانيًا: تعريف الضجيج الكهرومغناطيسي:

• إشارات غير مرغوبة ناتجة عن شبكات الكهرباء، الهواتف، الموجات اللاسلكية.

• تؤثر على الأنظمة الإلكترونية الدقيقة عبر الحث الكهرومغناطيسي.

ثالثًا: التأثير المحتمل على الحوسبة الكمية:

1. انهيار التراكب الكمي نتيجة اضطراب خارجي بسيط.

2. خطأ في العمليات المنطقية الكمية (Quantum Gate Errors).

3. فقدان التشابك بين الكيوبتات، ما يؤدي لتدمير الحساب الكمي.

التحليل النقدي:

إن بناء بيئة مستقرة لحاسوب كمي أصعب من تطوير تقنياته. ففي حين يتم تطوير معالجات كمومية متقدمة، تظل مشكلة العزل عن الضجيج أحد أهم تحديات المستقبل. تقترح بعض الدراسات إنشاء "غرف تفريغ كهرومغناطيسي" وإحاطة الأنظمة بمواد فائقة التوصيل لامتصاص الضجيج.

تجارب وأبحاث:

• IBM Quantum Lab: اختبرت استقرار كيوبتات فائقة التوصيل، ووجدت أن مجرد إشارات Wi-Fi مجاورة أدت إلى تقصير عمر التراكب بنسبة 22%.

• جامعة طوكيو: طورت نظام حوسبة كمومية محاطًا بمكثفات فائقة الامتصاص، مما قلل الضجيج بنسبة 87%.

ربط بالحياة اليومية:

رغم أن الحواسيب الكمية لا تزال في مراحلها الأولى، إلا أن نجاحها المستقبلي في حل مشكلات ضخمة — كالنمذجة الجزيئية أو فك الشيفرات — يعتمد على بيئة تشغيلية نقية. وهو ما يشبه حاجتنا لغرفة هادئة تمامًا لإنجاز عمل دقيق.

المصادر:

• IBM Quantum Research Reports, 2022.

• University of Tokyo Quantum Isolation Studies.

• كتاب الفيزياء – الصف الثالث الثانوي – قسم الموجات الكهرومغناطيسية والضجيج الكهربي.