أخبار عن المشروع

PANDA: عدم خطية الفوتونات والذرات والتطبيقات الحتمية عبر المصفوفات

تعد الخصائص الكمومية للفوتونات — التي تسمح بنقل طويل المدى منخفض الخسارة، وتعدد إرسال كميات كبيرة من المعلومات الكمومية في قناة واحدة، والعمليات في إعدادات قياسية بدرجة حرارة الغرفة — واعدة للغاية بالنسبة للحوسبة الكمومية القابلة للتطوير (QC). ومع ذلك، فإن التفاعل المنخفض يعد نقطة ضعف كبيرة بالنسبة لمعالجة المعلومات الكمومية (QIP)، حيث تتطلب الدوائر الكمومية تفاعلات بين الفوتونات. حتى الآن، لم يتم تسهيل تفاعلات الفوتونات الثنائية إلا إما بشكل احتمالي بكفاءة منخفضة أو بين الفوتونات الفردية عبر وسطاء مع أخطاء كبيرة جدًا بحيث لا تصلح للتطبيق العملي في معالجة المعلومات الكمومية.

تسعى مبادرة PANDA إلى تحقيق هدف أساسي طموح يتمثل في إرساء الأسس اللازمة لإنشاء حاسوب كمي ضوئي: وهو عبارة عن مصفوفة من ذرات السترونتيوم المتعادلة، ذات تباعد أقل من الطول الموجي، مصممة بعناية للاستفادة من التأثيرات الجماعية من أجل تحقيق تفاعلات ضوئية-ضوئية حتمية وخالية من الفقدان. وبالاقتران مع تقنية مبتكرة عالية الكفاءة لمعالجة الفوتونات الفردية، سنقوم ببناء منصة قوية لإجراء عمليات غير خطية قوية وفعالة وقابلة للتحكم، مع العديد من تطبيقات معالجة المعلومات الكمومية (QIP). وتشمل هذه العمليات بوابات كمية حتمية ثنائية الفوتون ذات كفاءة ومعدلات تكرار غير مسبوقة. وسنطبق منصتنا بشكل خاص على QIP ذات المتغيرات المستمرة (CV)، ولا سيما الحوسبة الكمومية القائمة على القياس (Measurement-Based QC)، التي تستفيد استفادة كاملة من مزايا مجال الضوء الكمومي، لكنها واجهت عقبات بسبب الافتقار إلى توليد حتمي لحالات الفوتونات غير الغاوسية، ولم يتم تناولها في مشروع «Quantum Flagship». وسيؤدي استخدام منصتنا في عملية الطرح الحتمي للفوتونات إلى معالجة هذه المشكلة، كما سيمهد الطريق، من خلال roadmap نظرية المتغيرات المستمرة (CV) roadmap بتطويرها، أمام الحوسبة الكمومية الضوئية. وستكون بواباتنا ذات الفوتونين قابلة للتطبيق أيضًا على الحوسبة الكمومية ذات المتغيرات المنفصلة (QIP)، مما يضع مشروع PANDA في موقع تكميلي للعديد من المشاريع المحتملة ضمن المحفظة.

تضم PANDA خبراء تجريبيين ونظريين عالميين من مجموعات بحثية رائدة وشركات صغيرة ومتوسطة الحجم تتمتع بالخبرة اللازمة لتطوير التكنولوجيا الأساسية التي ستؤدي إلى الحصول على حقوق ملكية فكرية قابلة للتسويق وتحقيق أهدافنا الطموحة.

معلومات عن المشروع

• رقم اتفاقية المنحة:101115420
• DOI: 10.3030/101115420
• تاريخ البدء: 1نوفمبر 2023
• تاريخ الانتهاء: 31أكتوبر 2027
• بتمويل من: المجلسالأوروبي للابتكار (EIC)
• التكلفة الإجمالية:3 984 437,50 يورو
• بالتنسيق مع:جامعة السوربون، فرنسا

المنشورات

• مان، سي. آر.، أندريولي، إف.، بروتسينكو، في.، لينارشيك، ز.، وتشانغ، دي. (2024). الإشعاع الانتقائي في المصفوفات الذرية فائقة الطول الموجي.نسخة مسبقة من arXiv arXiv:2402.06439.
• ف. أندريولي، سي.-آر. مان، أ. أ. هاي، د. إي. تشانغ (2024). عدسة معدنية مكونة من مصفوفات منظمة من بواعث ذرية. نُشر في مجلة Nanophotonics 10.1515/nanoph-2024-0603 وعلى موقع arXiv arXiv:2410.22469
• د. غونكالفيز، ل. بومبيري، ج. فيريولي، س. بانكالدي، إ. فيرييه-باربوت، أ. برووايس، إ. شاهمون، د. إ. تشانغ (2024). الفصل الطوري المدفوع بالتبديد في مجموعات ذرية في الفضاء الحر. نُشر في PRX Quantum 10.1103/prxquantum.6.020303 و arXiv 10.48550/arxiv.2403.15237
• T. D. Karanikolaou، R. J. Bettles، D. E. Chang (2024). تشتت الضوء شبه الرنيني بواسطة ذرة في مصيدة تعتمد على الحالة. نُشر في مجلة «New Journal of Physics» 10.1088/1367-2630/ad3775 وعلى موقع arXiv arXiv:2401.06753
• C.-R. Mann، F. Andreoli، V. Protsenko، Z. Lenarčič، D. Chang (2024). الإشعاع الانتقائي في المصفوفات الذرية فائقة الطول الموجي. نُشر في نسخة ما قبل الطباعة على موقع arxiv arXiv:2402.06439
• ب. جاوروفسكي، د. إ. تشانغ (2025). حالات شبيهة بحالات «لافلين» لعدد قليل من الإثارات الذرية في مصفوفات ذرية صغيرة دون طول الموجة. نُشرت في نسخة مسبقة على موقع arXiv arXiv:2504.17014

الفعاليات

الأحداث السابقة

المتعاونون

• نيكولاس تريبس – جامعة السوربون، منسق
• فالنتينا باريجي – جامعة السوربون
• ألكسندرا شيريميت – باسكال
• فاليريان ثيل – باسكال
• لويك هنرييه – باسكال
• داريك تشانغ – ICFO
• أنطوان برووايس – معهد البصريات النظرية والتطبيقية
• إيغور فيرييه-باربوت – معهد البصريات النظرية والتطبيقية
• نيكولاي والتر – Pixel Photonics GmbH
• ولاديك هارتمان – Pixel Photonics GmbH

يتعاون الكونسورتيوم مع مستفيدين آخرين من تحدي EIC Pathfinder Challenge: نُهج بديلة لمعالجة المعلومات الكمومية والاتصالات والاستشعار لعام 2022. والهدف هو العمل معًا لتطوير تقنيات جديدة ودراسة إمكانية تصنيعها، وتسريع ظهورها. والمشاريع الشقيقة هي التالية:

• Veriqub: التحقق الفعال من هياكل الحوسبة الكمومية باستخدام البوزونات

تعد الأجهزة الكمومية واعدة للغاية في مجالات الحوسبة والتشفير والاتصالات والاستشعار. وقد جذبت الأساليب البديلة لمعالجة المعلومات الكمومية، التي تعتمد على الأوضاع البوزونية كناقلات للمعلومات، اهتمامًا متزايدًا، لأنها توفر مسارًا فعالًا من حيث الأجهزة لتحقيق التسامح مع الأخطاء وقابلية التوسع بفضل مساحة هيلبرت الكبيرة المتأصلة فيها. ومع ذلك، فإن هذا يطرح مشكلة توفير ضمانات صارمة للتشغيل الصحيح لهذه البنى البوزونية الواعدة، وهي مهمة تُعرف باسم التحقق الكمومي. حتى الآن، يتم إجراء هذا التحقق بواسطة تقنيات التصوير المقطعي للأغراض العامة، والتي سرعان ما تصبح صعبة التطبيق على الأنظمة الكمومية الكبيرة. وبالتالي، هناك حاجة إلى طرق أخرى مع توسيع نطاق الأجهزة الكمومية لتحقيق مزايا في العالم الواقعي.

"ستقدم Veriqub نهجًا جديدًا للتحقق من بنى الحوسبة الكمومية باستخدام البوزونات استنادًا إلى قياسات المتغيرات المستمرة. وستتألف مجموعة أدوات Veriqub التكنولوجية من عنصرين رئيسيين:

1. سنقوم بتجربة عملية لإثبات صحة النظم البوزونية متعددة الأوضاع للهياكل البصرية والفائقة التوصيل التي تتجاوز بكثير أحدث ما توصلت إليه التكنولوجيا، وسنقدم أول دليل على صحة تسريع الحوسبة الكمومية.
2. سنقوم بتطوير إطار نظري يحدد المزايا الأساسية لمساهمتنا، مع التركيز بشكل خاص على تحديد وتحقق الأجهزة الكمومية البوزونية الغنية بالموارد.

يتألف اتحاد Veriqub من شركاء علميين رائدين عالمياً يتمتعون بموقع مثالي لتحقيق الرؤية الطموحة لهذا المشروع وبناء مجموعة أدوات تكنولوجية متطورة للتحقق، مما يتيح توسيع نطاق هياكل الحوسبة الكمومية البوزونية، ويضع أوروبا في موقع الريادة في هذا المجال.

الويب/لينكد إن

• Heisingberg: جهاز التسخين البصري الكمومي المكاني لـ Ising Hamiltonians

• لينكد إن

يهدف HEISINGBERG إلى تطوير منصة جديدة لمعالجة المعلومات، تستند إلى XY spin Hamiltonian، كبديل قابل للتطوير وموفر للطاقة للمحاكيات الكمومية الحديثة، مع مراعاة الجوانب التجريبية والنظرية والخوارزمية والتحكمية. تم تصميم المشروع لتطوير ما يلي بشكل كامل:

1. أجهزة النظام البصري الإلكتروني الأساسية،
2. نهج جديد لترميز الدورات والتحكم في اقتراناتها المتبادلة،
3. خوارزميات مخصصة لتحسين عملية التلدين وكذلك التخطيط الأمثل للمشاكل الواقعية،
4. تعميم النموذج النظري الحالي لمراعاة نظام التشغيل الكمومي،
5. التقدم في التحقيق التجريبي والقياسات الخاصة بالعملية الكمومية، وأخيراً،
6. تطوير برامج تحكم وواجهة مخصصة من أجل نشر الآلة بشكل قوي.

• أرتيميس: مواد جزيئية لتقنية الكم المتكاملة على الرقاقةمصادر الضوء الكمومي

• لينكد إن

يقترح ARTEMIS إجراء أبحاث أساسية لتطوير مصادر فوتونات قابلة للتكامل ومتشابكة تعتمد على مركبات جزيئية معدنية عضوية. ويأتي هذا المشروع مدفوعًا بالحاجة الملحة إلى مصادر كمية جديدة تتميز بتنوع ومرونة وأداء غير مسبوقين. سيتم السعي لتحقيق هذا الهدف باللجوء إلى المواد الجزيئية، القائمة على أيونات المعادن الانتقالية و/أو اللانثانيدات مع أجزاء عضوية، والتي تتميز بانبعاث قابل للضبط وخطي منخفض، فضلاً عن خصائص بصرية غير خطية تتيح توليد فوتونات مفردة وأزواج/ثلاثيات من الفوتونات المتشابكة حسب الطلب. وستحل هذه المواد المعدنية العضوية المرنة والقابلة للمعالجة محل مصادر الفوتونات الكمومية التقليدية القائمة على بلورات غير عضوية سائبة، مما يسمح بالتكامل المباشر لمصادر الكموم القابلة للضبط بطول الموجة على الأجهزة الحالية. وستُدمج مصادر الكموم الجزيئية مع تجاويف بلازمونية فائقة النانوية مصممة بشكل مناسب لتحقيق أعلى مستوى من التحسين البصري.  سيتم تحقيق التقدم المقترح من خلال تقنيات التوليف المتطورة وطرق التوصيف المتقدمة المدمجة مع استراتيجيات هندسة النانو-فوتونيك.  ستؤدي الأجهزة والطرق المطورة في هذا المشروع إلى مصادر فوتونية ذات أداء تنافسي من حيث التماسك والكفاءة وقابلية التوسع والتكلفة. يتطلب تحقيق هدف المشروع عالي المخاطر/عالي المكاسب تغذية راجعة مستمرة بين الكيمياء الجزيئية والتوصيفات البصرية الخطية وغير الخطية والقياسات الكمومية. من المهم التأكيد على السمة التخصصية العالية للمشروع المقترح بفضل مشاركة طاقم علمي عالي الكفاءة يعمل في مجالات تتراوح من الكيمياء إلى البصريات الكمية مروراً بالفيزياء والبلسمونيك والتصوير.  من المتوقع عمومًا أن تساهم الطبيعة التداخلية القوية للموظفين المشاركين بشكل كبير في تطوير أساليب وتقنيات مبتكرة، فضلاً عن تسهيل التعاون مع المشاريع الأخرى في محفظة الكم.

• Q-One: شبكات بصرية كمية تعتمد على إكسيتون-بولاريتونات

يهدف مشروع Q-ONE إلى استكشاف نهج جديد لاستشعار وتوليد حالات الكم للضوء. تقع فكرة المشروع على الحدود بين فيزياء الكم والذكاء الاصطناعي التطبيقي. يهدف الكونسورتيوم إلى تحقيق جهاز جديد يعتمد على الفوتونات المتفاعلة بقوة (الإكسيتون-بولاريتونات) والذي، باستخدام مبادئ الحوسبة العصبية، قادر على التعرف على مجموعة متنوعة من حالات الكم وتوصيفها وتوليدها. نقترح استغلال خصائص الشبكات العصبية الكمومية (QNN) للعقد غير الخطية للبولاريتون، باستخدام تفاعلات متطورة، لتحديد وتوليد الحالات الكمومية: تعتمد هذه الفكرة المبتكرة للغاية على الحقن الرنيني للحالات كإثارات للشبكات العصبية الكمومية، والتي تحقق فعليًا - بدلاً من محاكاتها - مهمة حوسبة متوازية ضخمة.

• فيرومون

• لينكد إن

سيوفر مشروع «فيرومون» (FERROMON) للأوساط العلمية والصناعية الأوروبية لبنة أساسية مبتكرة لتطوير أجهزة الكمبيوتر الكمومية القائمة على نوع جديد من الكيوبتات فائقة التوصيل.وفي إطار مشروع «فيرومون»، سنستخدم كلًّا من الوصلات الجوزيفونية المغناطيسية الفيرومغناطيسية ذات النفق، والوصلات النانوية شبه الموصلة، لتحل محل الوصلات الجوزيفونية التقليدية، بهدف تشكيل معالجات كمومية قائمة على «ترانسمون» تتمتع بوظائف محسّنة من حيث التحكم وقابلية التوسع. ونتوقع أن يسهم ذلك في حل أربعة على الأقل من أبرز المشكلات في أحدث التطبيقات الحالية للدوائر فائقة التوصيل: 

(1) التوصيلات والحمل الحراري المرتبط بها، 
(2) انخفاض دقة بوابة ثنائية الكيوبت، 
(3) انحراف معلمات المعايرة، و 
(4) عدم استقرار تردد الكيوبت.

• إيكارو

• لينكد إن

يتمثل التحدي الذي تواجهه شركة «إيكارو» في إرساء أسس منصة جديدة للمواد الكمومية بهدف تطوير كيوبتات سريعة وقابلة للتوسع، مدمجة مع تكنولوجيا السيليكون على نطاق الرقاقة.

نهدف إلى تطوير كيوبتات الدوران-المدار التي تتفوق على أحدث التقنيات المتوفرة، وإثبات فعالية أساليب تحكم كمي جديدة تمامًا تستند إلى الخصائص الاستثنائية لـ«إلكترونيات الدوران-المدار» في غازات الإلكترونات ثنائية الأبعاد المؤلفة من أكسيد.

• QUKIT

يتبنى مشروع «Qukit» «نهجًا شاملاً» لتطوير كيوبت عالي الدقة استنادًا إلى سلسلة كيتاييف. وسيتضمن ذلك التطوير المتزامن للأجهزة الكمومية، وتقنيات التحكم في الكيوبتات، وإلكترونيات التحكم الكلاسيكية. وستشارك مجموعات بحثية متنوعة في المجالين النظري والتجريبي، إلى جانب شريك صناعي، في أبحاث رائدة في المجالات التالية: