صرير في المعالج الكمومي يخفت لثوانٍ سريع
الكيوبت الكيوبت فائق الموصلية — العنصر الأساسي في المعالج الكمومي — يُشبه آلة موسيقية حساسة: ما لم تضبطها، لن تحصل على نغمة نقية. ولكن حتى بعد الضبط، يتغير الصوت. المسؤول عن تدهور الحالة الكمومية هي عيوب مجهرية في المادة، يعرفها الفيزيائيون باسم الأنظمة ذات المستويين (two-level systems). تتصرف هذه العيوب مثل شقوق غير مرئية تظهر وتختفي تلقائيًا، معطلة الإيقاع المتماسك للمعالج. الأنظمة ذات المستويين هي في الأساس ذرات أو مجموعات ذرات قادرة على النفق بين حالتين من الطاقة، مما يخلق ضوضاء طفيلية.
للكشف عن هذه الديناميكيات السريعة، صمم الباحثون جهاز قياس يعتمد على مصفوفة بوابات قابلة للبرمجة (FPGA) — شريحة دقيقة مرنة يمكن إعادة برمجة بنيتها المنطقية مباشرة وفقًا للمهمة التجريبية. وباستخدامها، سجلوا عملية استرخاء الكيوبتات (العودة إلى الحالة الأرضية) بدقة زمنية أقل من ثانية، أي التقطوا التغيرات أسرع من ثانية. وتبين أن صورة التقلبات السريعة عالمية: فهي تتكرر مع كيوبتات مختلفة، وفي مختبرات مختلفة، وعلى عينات من مصنعين مختلفين. علاوة على ذلك، تمكنوا من ربط هذه القفزات السريعة في التردد مباشرة بأخطاء في البوابات الكمومية — العمليات المنطقية الأولية التي يتكون منها أي حساب كمومي. تم تأكيد الارتباط بطريقة القياس المعياري العشوائي (randomized benchmarking): فهي تسمح بالتقييم الكمي لدقة (fidelity) البوابات، عن طريق اختيار تسلسلاتها عشوائيًا وتحليل انحراف النتيجة عن المثالية.
الآن أصبح واضحًا: ضبط الكمبيوتر الكمومي ليس إجراء معايرة لمرة واحدة، بل معركة مستمرة ضد ضوضاء سريعة غير ثابتة. بالعودة إلى التشبيه الموسيقي: الآلة لا تضطرب خلال شهر، بل خلال ثانيتين — وعلى الضابط أن يعمل دون توقف، مصححًا المعلمات باستمرار لإبقاء النظام في منطقة التماسك المقبول.
الأنظمة ذات المستويين ليست تجريدًا، بل ذرات حقيقية أو مجموعات ذرات يمكن أن تتواجد في حالتين، مثل مفتاح صغير جدًا. تبديلها يستهلك طاقة من الكيوبت، مما يجعله "ينسى" حالته الكمومية.
في رواية "العصر الماسي" لنيل ستيفنسون، تحارب الآلات النانوية عيوب المواد على المستوى الذري — تمامًا كما يضطر المهندسون إلى محاربة الأنظمة ذات المستويين في المعالجات الكمومية.