تمثل الحوسبة الكمومية تقنية اختراق محتملة يمكن أن تتجاوز بكثير القيود التقنية لأنظمة الحوسبة الحديثة-في بعض المهام. ومع ذلك، فإن تجميع أجهزة كمبيوتر كمومية عملية وكبيرة الحجم-لا يزال أمرًا صعبًا، خاصة بسبب التقنيات المعقدة والدقيقة المستخدمة.
في بعض أنظمة الحوسبة الكمومية، يتم احتجاز الأيونات المفردة (الذرات المشحونة مثل السترونتيوم) وتعريضها للمجالات الكهرومغناطيسية بما في ذلك ضوء الليزر لإنتاج تأثيرات معينة، تُستخدم لإجراء العمليات الحسابية. تتطلب مثل هذه الدوائر إدخال العديد من الأطوال الموجية المختلفة للضوء في مواضع مختلفة من الجهاز، مما يعني أنه يجب ترتيب العديد من أشعة الليزر بشكل صحيح وتسليمها إلى المنطقة المحددة. في هذه الحالات، تصبح القيود العملية لتوصيل العديد من حزم الضوء المختلفة داخل مساحة محدودة أمرًا صعبًا.
ولمعالجة هذه المشكلة، بحث باحثون من جامعة أوساكا في طرق فريدة لتوصيل الضوء في مساحة محدودة. كشف عملهم عن دائرة نانوية فوتونية ذات كفاءة في استخدام الطاقة، تحتوي على ألياف ضوئية متصلة بأدلة موجية لتوصيل ستة أشعة ليزر مختلفة إلى وجهاتها. وقد تم نشر النتائج فيAPL الكم.
يقول المؤلف ألتو أوسادا: "لم يتم بعد تطوير طرق عملية وقابلة للتطوير لتكوين الدوائر الضوئية المرتبطة بأجهزة الكمبيوتر الكمومية الأيونية المحاصرة - للسماح بإيصال ضوء الليزر". "للتغلب على هذا التحدي، أردنا إنشاء طريقة فعالة تأخذ في الاعتبار جميع مناطق الاصطياد في مصيدة الأيونات."
وكجزء من البحث، كان لا بد من تقسيم الأدلة الموجية وإعادة ترتيبها بطرق مبتكرة داخل الدوائر لنقل أشعة الليزر المختلفة إلى المواقع الصحيحة. وكان على التصميمات أيضًا أن تأخذ في الاعتبار القدرة على إيقاف تشغيل أشعة الليزر وتشغيلها بشكل مستقل، مع توفير أعلى كفاءة ممكنة في استخدام الطاقة.
تأخذ أنماط الدليل الموجي الناتجة مظهر منسوجات معقدة -ملفتة للنظر عندما تتقاطع أشعة الليزر مع بعضها البعض وتتحرك عبر الدوائر.
يشير أوسادا إلى أن "عملنا يُظهر أن هذا النهج يمكن أن يسمح بعدة مئات من الكيوبتات على شريحة واحدة". تشير البتات الكمومية إلى الوحدات الأساسية للحوسبة الكمومية، والتي تعمل عليها خوارزميات الكم لمعالجة مشاكل العالم الحقيقي-.
استخدم الباحثون طريقتين لتشكيل الأنماط، يُشار إليهما بفرز الفقاعات والتكرار باتجاه الكتلة. وجد أن كلا النموذجين لهما مزايا، حيث اقترح الباحثون أن الاختيار بين الاثنين سيعتمد على عوامل مثل عدد أشعة الليزر المطلوبة وفقدان العناصر الضوئية. سلطت الدراسة الضوء بنجاح على جدوى وإمكانات استخدام أنماط معقدة من الأدلة الموجية في الدوائر لجلب حزم الضوء إلى الأيونات المحاصرة.
يوفر هذا البحث آثارًا مثيرة مفادها أن نفس المفهوم يمكن تطبيقه ليس فقط على الحوسبة الكمومية ولكن على تصنيع أنظمة بصرية متقدمة، مما يمثل طفرة تكنولوجية مهمة مع مجموعة واسعة من التطبيقات.
