محققان برای پردازش اطلاعات کوانتومی با کیودیت ‌ها، گیت ترانزیستورمانند ساختند

محققان برای پردازش اطلاعات کوانتومی با کیودیت ‌ها، گیت ترانزیستورمانند ساختند

پردازش اطلاعات کوانتومی نوید فناوری بسیار سریع‌تر و امن‌تری را نسبت به ابرکامپیوترهای امروزی می‌دهد، اما هنوز کامپیوترهای کوانتومی وجود ندارند؛ زیرا اجزای سازنده‌ی آن‌ها یعنی کیوبیت‌ها، بسیار ناپایدار هستند. محققان دانشگاه پردو (Purdue University) آمریکا، اولین کسانی هستند که توانستند یک گیت کوانتومی کیودیتی را بسازند، گیتی که می‌تواند نسخه کوانتومی یک ترانزیستور باشد که در کامپیوترهای امروزی برای پردازش اطلاعات استفاده می‌شود.

در حالیکه کیوبیت‌ها فقط می‌توانند در برهم‌ نهی حالت‌های 0 و 1 وجود داشته باشند، کیودیت‌ها در چند حالت مانند 0 و 1 و 2  وجود دارند. حالت‌های بیشتر برهم نهی، به معنای آن است که می‌توان اطلاعات بیشتری را رمزگذاری و پردازش کرد.

این گیت کوانتومی‌ کیودیتی جدید نه تنها ذاتا از گیت‌های کیوبیتی، کارآمدتر است، بلکه پایدارتر نیز هست؛ زیرا محققان کیودیت ‌ها را درون فوتون‌هایی که به سادگی، دچار اختلالات ناشی از محیط نمی‌شوند، جای دادند. نتایج این پژوهش در npj Quantum Information  منتشر شده است.

از طرفی، این گیت کوانتومی کیودیتی، یکی از بزرگترین حالت‌های درهم تنیده‌ی ذرات کوانتومی (در اینجا فوتون‌ها) را که تا امروز ایجاد شده، می‌سازد. درهم تنیدگی، یک پدیده کوانتومی است که در آن اندازه گیری‌ یک ذره، به طور خودکار روی اندازه گیری‌ ذره‌ی دیگر تاثیر می‌گذارد که در نتیجه، مثلا امکان برقراری ارتباط بین طرفین، به صورت غیرقابل شکست یا انتقال اطلاعات کوانتومی (تله پورت) از یک نقطه به نقطه دیگر را فراهم می‌کند.

درهم تنیدگی کوانتومی بیشتر در فضای هیلبرت (فضایی مجرد که پردازش اطلاعات کوانتومی در آن انجام می‌شود)، بهتر است. روش‌های فوتونیک پیشین قادر بودند 18 کیوبیت را در شش فوتون درهم تنیده در فضای هیلبرت رمزگذاری کنند؛ اما اکنون محققان پردو توانستند با استفاده از یک گیت چهار کیودیتی (معادل 20 کیوبیت) که فقط در دو فوتون رمزگذاری شده بودند، درهم تنیدگی کوانتومی را به حداکثر برسانند. در ارتباطات کوانتومی، بهتر است به اجزای ضروری توجه کنیم و پیچیدگی‌ها را درنظر نگیریم. پولاد ایمانی (Poolad Imany)، محقق ایرانی پسادکترا در دانشکده مهندسی برق و کامپیوتر پردو می‌گوید:

فوتون‌ها، بسیار پرخرج هستند؛ زیرا تولید و کنترل آن‌ها دشوار است، بنابراین جمع‌‌آوری هرچه بیشتر و ممکن اطلاعات درون هر فوتون، مطلوب و ایده‌آل ماست.

محققان با استفاده از فوتون‌های کمتر، به درهم تنیدگی بیشتری رسیدند. آن‌ها با رمزنگاری یک کیودیت در دامنه زمانی و دیگری در دامنه فرکانس هر یک از دو فوتون، به این مهم دست یافتند. آن‌ها با استفاده از دو کیودیت رمزگذاری شده در هر فوتون، برای چهار کیودیت در 32 بعد یا هم احتمالات زمانی و هم فرکانس، یک گیت کوانتومی کیودیتی ساختند. هرچه ابعاد بیشتر باشد، درهم تنیدگی کوانتومی بیشتری ایجاد می‌شود.

به طور معمول، گیت‌های ساخته شده بر پایه‌ی بسترهای فوتونیک برای دستکاری اطلاعات کوانتومی رمزگذاری شده در فوتون‌های جداگانه، فقط برخی اوقات کار می‌کنند؛ زیرا فوتون‌ها به طور طبیعی، به خوبی با یکدیگر برهمکنش نمی‌کنند که همین امر دستکاری حالت یک فوتون مبتنی بر حالت دیگری را، بسیار دشوار می‌کند. محققان پردو با رمزگذاری اطلاعات کوانتومی در دامنه‌های زمان و فرکانس فوتون‌ها، یک گیت کوانتومی قطعی (بر خلاف گیت‌های احتمالاتی) ساختند.

محققان این گیت کوانتومی کیودیتی جدید را با مجموعه‌ای از تجهیزات غیر استاندارد صنعت ارتباطات نوری پیاده‌سازی کردند. اندرو وینر (Andrew Weiner)، استاد برجسته مهندسی برق و کامپیوتر گفت:

این گیت به ما امکان دستکاری قطعی و قابل پیش‌بینی اطلاعات کوانتومی را می‌دهد؛ بدان معنا که می‌تواند عملیات لازم برای انجام پردازش‌های خاص اطلاعات کوانتومی را اجرا کند.

محققان قصد دارند در آینده، از این گیت کوانتومی کیودیتی در ارتباطات کوانتومی مانند تله پورت (انتقال اطلاعات کوانتومی) کوانتومی با ابعاد بالا و همچنین انجام الگوریتم‌های کوانتومی برای کاربردهایی نظیر یادگیری ماشین کوانتومی یا شبیه سازی مولکول‌ها استفاده کنند.
 


مشاهده مقاله اصلی در مجله
منبع: phys.org
كلمات كليدي :
کیودیت , گیت کوانتومی
 
امتیاز دهی