ابداع روش جدیدی برای تشخیص حالت‌های کوانتومی الکترون‌ها

ابداع روش جدیدی برای تشخیص حالت‌های کوانتومی الکترون‌ها

محاسبات کوانتومی خواص اسرارآمیز ذرات کوچک را برای پردازش اطلاعات پیچیده، به کار می‌گیرند. اما سیستم‌های کوانتومی، شکننده و مستعد خطا هستند و به همین دلیل است که کامپیوترهای کوانتومی سودمند هنوز به بهره‌‌برداری نرسیده‌اند.

محققان دانشگاه علم و فناوری اوکیناوای ژاپن (OIST) برای آشکارسازی گذار الکترون‌ها به حالت‌های کوانتومی، روش جدیدی به نام «تشخیص بار تصویری» طراحی کردند. در این روش، الکترون‌ها می‌توانند به عنوان بیت‌های کوانتومی، یعنی کوچکترین واحد اطلاعات کوانتومی، بکار گرفته شوند. این بیت‌ها اساس سیستم‌های محاسباتی بزرگتر هستند. کامپیوترهای کوانتومی را می‌توان به منظور درک مکانیسم ابررسانایی، رمزنگاری و هوش مصنوعی استفاده نمود.

نویسنده اصلی این پژوهش که نتایج آن در مجله‌ی Physical Review Letters  منتشر شده، می‌گوید:

فاصله زیادی بین کنترل چند بیت کوانتومی و ساخت یک کامپیوتر کوانتومی وجود دارد. حتی با وجود پیشرفته‌ترین بیت‌های کوانتومی رایج، یک کامپیوتر کوانتومی باید به اندازه‌ی یک زمین فوتبال باشد. رهیافت جدید ما به طور بالقوه می‌تواند یک تراشه‌ی ده سانتی‌متری ایجاد کند.

اگر قرار باشد از الکترون‌ها به عنوان کیوبیت استفاده کنیم، باید آن‌ها را بی‌حرکت کنیم. در غیر این صورت، آن‌ها آزادانه حرکت می‌کنند. محققان برای ایجاد یک سیستم شکار الکترون، از هلیوم مایع به عنوان بستر استفاده کردند. از آنجا که هلیوم فاقد ناخالصی است، انتظار می‌رود این الکترون‌ها حالت کوانتومی را طولانی‌تر از سایر مواد حفظ کنند که این امر برای تحقق یک کامپیوتر کوانتومی، مهم است.

محققان یک خازن با صفحات موازی را درون یک سلول مسی که تا 0.2 درجه کلوین (-272.8 درجه سانتیگراد) سرد شده بود، قرار داده و با هلیوم مایع چگال پر کردند. الکترون‌های تولید شده توسط یک رشته تنگستن، در بالای سطح هلیوم مایع و بین دو صفحه خازن نشستند. سپس، تابش ریزموج به سلول مس وارد شده و موجب برانگیختگی حالت‌های کوانتومی الکترون‌ها گردید. این امر باعث شد الکترون‌ها از صفحه خازن زیرین دور شده و به صفحه خازن بالا نزدیک شوند.

محققان، برانگیختگی حالت‌های کوانتومی را با مشاهده یک پدیده‌ی الکترواستاتیکی به نام بار تصویری (image charge) تایید کردند. مانند بازتاب در یک آینه، بار تصویری دقیقا منعکس کننده حرکت الکترون‌هاست. اگر یک الکترون  بیش از صفحه خازن حرکت کند، بار تصویری نیز در امتداد آن حرکت می‌کند.

محققان امیدوارند از این آشکارسازی بار تصویری برای اندازه‌ گیری یک حالت اسپین الکترون منفرد یا حالت اوربیتال‌های کوانتومی، بدون ایجاد اختلال در یکپارچگی سیستم‌های کوانتومی استفاده کنند. آن‌ها می‌گویند:

در حال حاضر، ما می‌توانیم حالت‌های کوانتومی مجموعه‌ای از تعداد بسیار زیادی الکترون‌ را تشخیص دهیم. نقطه‌ی قوت این روش جدید این است که می‌توانیم مقیاس آن را تا یک الکترون واحد کاهش داده و از آن به عنوان یک بیت کوانتومی استفاده کنیم.


مشاهده مقاله اصلی در مجله
منبع: phys.org

كلمات كليدي :
کامپیوتر کوانتومی , حالت کوانتومی الکترون , کیوبیت
 
امتیاز دهی