إذا تابعت أخبار الحوسبة الكمومية لفترة كافية، فقد يبدو لك أن أي نظام كمومي يمكنه التبديل بين حالتي طاقة منفصلتين جيدًا يمكن استخدامه ككيوبت. الذرات، الأيونات، الفوتونات، الإلكترونات، والأجهزة المصنعة - كلها لها مؤيدون. أحد الأشياء الرئيسية التي تجذب المؤيدين هي قدرة التقنية على التوسع. سنحتاج إلى الكثير من الكيوبتات عالية الجودة لبدء أي حسابات معقدة، وقدرة أي تقنية على الوصول بنا إلى هناك هي موضع نقاش.

لذا حتى مع أن بعض التقنيات يمكنها الآن دعم آلاف الكيوبتات، لا يزال بعض المنافسين يعملون على حفنة صغيرة من الكيوبتات - الشركات وراءها مقتنعة بأن لديها القدرة على التوسع بشكل أكثر فعالية.

واحدة من تلك التقنيات تتضمن النقاط الكمومية التي تحتوي على إلكترون واحد. ميزتها هي أنه يمكننا تصنيعها باستخدام نفس التقنية التي نبني بها المعالجات التقليدية، وهو نهج أثبت قابلية التوسع. شهد هذا الأسبوع ورقتين جديدتين تصفان طرقًا مختلفة لاستخدام النقاط الكمومية، إحداهما كانت جذابة بما يكفي لدرجة أن IBM اشترت الشركة التي طورتها. بشكل منفصل، أصدرت شركة أخرى معالجًا يظهر 100 إلكترون فردي محتجز في عيوب الماس، وهي تقنية لم يكن واضحًا أنها قابلة للتوسع.

الخبر الأول يأتي من منشور في Nature من شركة تدعى HRL Laboratories، سليلة برنامج الأبحاث الذي أطلقه هوارد هيوز. تستخدم HRL النقاط الكمومية المصنعة، وهي تقنية متميزة عن النقاط المستخدمة في الشاشات، على الرغم من أنها تعتمد على بعض مبادئ الفيزياء نفسها. كلا النهجين يستخدمان بنية تحبس الإلكترونات في منطقة أصغر من طول موجة الإلكترون. في الشاشات، يسمح هذا بالتحكم في الطول الموجي الذي تنبعث منه المادة.

بالنسبة للكيوبتات، تكون المصائد أصغر بكثير وتعمل على تثبيت إلكترون واحد في مكانه. والأهم، يمكن تصنيعها؛ مع الأسلاك المناسبة، يمكن للتفاعلات الكهرومغناطيسية حبس إلكترون واحد في رقعة صغيرة من السيليكون. بمجرد الحبس، يمكن استخدام لف الإلكترون، الذي يمكن أن يكون لأعلى أو لأسفل أو تراكبًا بينهما، ككيوبت. بينما يمكن لهذه التقنية التوسع بسهولة - نحن جيدون جدًا في وضع الأسلاك في السيليكون على نطاق واسع - فإن لف الإلكترونات يصعب الحفاظ عليه مستقرًا ويتم التحكم فيه عادةً عبر الموجات الدقيقة، مما يتطلب نظام تحكم منفصل.

لكن "عادةً" لا تعني "دائمًا"، و HRL تصف تقنية مختلفة. تتطلب ثلاث نقاط كمومية منفصلة، كل منها يحمل إلكترونًا، مع إلكترونيات محيطة تتحكم في مدى تفاعل لف هذه الإلكترونات الثلاثة. هذا أمر بالغ الأهمية لأنه، في ظل ظروف معينة، لا يمكن لإلكترونين أن يكون لهما نفس اللف. وهذا يفسر لماذا تمتلئ المدارات الذرية بالطريقة التي تفعلها، حيث يحمل كل مستوى طاقة زوجًا واحدًا فقط، واحد لف لأعلى والآخر لف لأسفل. تمكينها من التفاعل يمكن أن يغير لفها.

للقيام بعمليات على هذا النوع من الكيوبت، تحتاج ببساطة إلى التحكم في أي الإلكترونات تتفاعل وإلى أي مدى. يتم التحكم في ذلك إلكترونيًا، مما يسمح لنا بالتخلص من الموجات الدقيقة تمامًا. كل شيء يتم التعامل معه عبر الأسلاك، مما يلغي الحاجة إلى الكثير من الكابلات الحاملة للموجات الدقيقة في نظام التبريد الذي يحافظ على الأجهزة قريبة من الصفر المطلق.

تقضي HRL جزءًا كبيرًا من الورقة في وصف نظام التحكم الخاص بها، الذي يقع عند مستوى متوسط من التبريد ويتكون من معالج تقليدي محسّن لدرجات الحرارة المنخفضة والطاقة المنخفضة، يستهلك أقل من 3.5 واط على الرغم من تصنيعه بتقنية 130 نانومتر. يتم تجميع تعليمات تشغيل الكيوبتات في مكان آخر، ثم تحميلها في وحدة التحكم، وبعد ذلك تعمل بشكل مستقل. يتم التعامل مع الاتصالات مع الشريحة التي تحتوي على الكيوبتات بواسطة كابل شريطي فائق التوصيل.

النظام الذي تصفه HRL كان يحتوي على 18 كيوبت، وقامت الشركة بتشغيل كود تصحيح أخطاء بسيط عليه، مما أظهر معدل خطأ منطقي أقل من 1 بالمائة. هذا أقل بكثير مما تم تحقيقه مع تقنيات أخرى، لكنه تحقق مهم.