آخرین اخبار
اتم‌های غول‌پیکر، پردازش و ارتباطات کوانتومی را به صورت یکجا امکان‌پذیر می‌کنند

اتم‌های غول‌پیکر، پردازش و ارتباطات کوانتومی را به صورت یکجا امکان‌پذیر می‌کنند

محققان، یک معماری محاسبات کوانتومی معرفی کرده‌اند که می‌تواند محاسبات کوانتومی کم‌خطا را به همراه اشتراک سریع اطلاعات کوانتومی بین پردازنده‌ها انجام دهد. این کار نشان‌دهنده‌ی پیشرفتی مهم در راستای یک بستر کامل محاسبات کوانتومی است.

پیش از این کشف، پردازنده‌های کوانتومی در مقیاس کوچک، ماموریت‌ها را با سرعتی که به طور نمایی بیشتر از کامپیوتر‌های کلاسیکی است، با موفقیت انجام داده‌اند. اما مخابره‌ی قابل کنترل اطلاعات کوانتومی بین اجزای دور از هم یک پردازنده، همواره مشکل بوده است. در کامپیوتر‌های کلاسیکی، از اتصالات سیمی به منظور هدایت اطلاعات در سراسر یک پردازنده، در حین انجام یک محاسبه استفاده می‌شود. اما در یک کامپیوتر کوانتومی، خود اطلاعات، کوانتومی هستند و از این رو آسیب‌پذیر بوده و به راهبردهای اساسا جدیدی که به طور همزمان اطلاعات را روی یک تراشه، پردازش و مخابره کنند نیاز است.

یکی از محققان این پروژه می‌گوید: «یکی از چالش‌های اصلی در مقیاس‌بندی کامپیوتر‌های کوانتومی، فراهم ساختن امکان برهمکنش میان بیت‌های کوانتومی است که در یک مکان قرار ندارند. به عنوان مثال، کیوبیت‌هایی که در نزدیکترین همسایگی هم قرار دارند به راحتی می‌توانند برهمکنش کنند اما من چطور می‌توانم «اتصالات کوانتومی» بسازم که کیوبیت‌هایی که در فواصل دور از هم مستقر هستند را متصل کنند؟»

برای پاسخ به این سوال باید فراتر از برهمکنش‌های مرسوم نور-ماده رفت. درحالیکه اتم‌های طبیعی در مقایسه با طول موج نوری که با آن‌ها برهم‌کنش می‌کند، کوچک و نقطه‌گونه هستند، اما محققان نشان می‌دهند که این نیاز برای «اتم‌های مصنوعی» ابررسانایی برقرار نیست. آن‌ها در عوض اتم‌های غول‌پیکری را از بیت‌های کوانتومی ابررسانایی یا همان کیوبیت‌ها ساخته اند که از طریق یک پیکربندی قابل تنظیم به یک خط انتقال ریزموج، یا موجبر متصل شده است.

این به محققان اجازه می‌دهد تاهنگام اجرای عملیات با مانستگی بالا، برهمکنش‌های کیوبیت-موجبر را تنظیم کنند به طوری‌که این کیوبیت‌های آسیب‌پذیر بتوانند در برابر واهمدوسی، نوعی میرایی طبیعی که تا پیش از این به وسیله ی موجبر تسریع می‌شد، محافظت شوند. هنگامی‌که آن محاسبات انجام شوند، جفت‌شدگی‌های کیوبیت-موجبر دوباره تنظیم می‌شود و کیوبیت‌ها قادرند داده‌های کوانتومی را به شکل فوتون، یا ذرات نور، به داخل موجبر رها کنند.

محققان می‌گویند: «به طور معمول جفت کردن یک کیوبیت به یک موجبر برای عملیات کیوبیتی، کاملا مضر است، زیرا طول عمر کیوبیت را شدیدا کاهش می‌دهد. اما وجود موجبر برای نشر و هدایت اطلاعات کوانتومی در سراسر پردازنده، ضروری است. ما اینجا نشان داده‌ایم که امکان حفاظت از همدوسی کیوبیت، حتی در صورت جفت‌شدگی قوی به یک موجبر وجود دارد. ما این توانایی را داریم که زمان آزادسازی اطلاعات ذخیره شده در کیوبیت را تعیین کنیم. ما نشان داده‌ایم که چگونه اتم‌های غول پیکر می‌توانند برای خاموش و روشن کردن برهمکنش با موجبر مورد استفاده قرار گیرند».

به گفته محققان، این سیستم تحقق یافته توسط آنان، نشان‌دهنده‌ی یک حوزهی جدید از برهمکنش نور-ماده است. برخلاف مدل‌هایی که اتم‌ها را به عنوان اجسامی نقطه‌مانند و کوچک‌تر از طول موج نوری که با آن‌ها برهم‌کنش می‌کند در نظر می‌گیرند، کیوبیت‌های ابررسانایی، یا اتم‌های مصنوعی، اساسا مدار‌های الکتریکی بزرگی هستند. آ‌نها پس از جفت شدن به موجبر، ساختاری به بزرگی طول موج نور ریزموج که با آن برهم‌کنش می‌کنند، می‌سازند.

اتم غول پیکر اطلاعاتش را به صورت فوتون‌های ریزموج در چندین مکان، در امتداد موجبر گسیل می‌کند، به طوری‌که این فوتون‌ها با همدیگر تداخل کنند. این فرایند می‌تواند به نحوی تنظیم شود که تداخل ویرانگر کامل رخ دهد، به این معنی که اطلاعات در کیوبیت محافظت شود. بعلاوه، حتی زمانی‌که عملا هیچ فوتونی از اتم غول‌پیکر آزاد نشده، هنوز هم چندین کیوبیت در امتداد موجبر می‌تواند برای اجرای عملیات با همدیگر برهمکنش کنند. جفت‌شدگی قوی کیوبیت‌ها به موجبر در سراسر این فرایند ادامه دارد، اما به دلیل این نوع از تداخل کوانتومی، آن‌ها می‌توانند به هنگام اجرای عملیات یک و دو‌کیوبیتی با مانستگی بالا، تحت تاثیر این جفت شدگی قرار نگیرند و در برابر واهمدوسی محافظت شوند.

محققان می‌گویند: «ما از اثرات تداخل کوانتومی که به وسیله‌ی اتم‌های غول‌پیکر فراهم شده است، استفاده می‌کنیم تا از گسیل اطلاعات کوانتومی کیوبیت‌ها به موجبر، قبل از زمانی که به آن‌ها نیاز داریم، جلوگیری کنیم. این به ما اجازه می‌دهد تا یک حیطه‌ی نو از فیزیک که دسترسی به آن با اتم‌های طبیعی دشوار است را به طور تجربی بررسی کنیم. اثرات این اتم غول‌پیکر بسیار واضح بوده و مشاهده و درک آن‌ها آسان است».

آن‌ها می‌گویند: «به نظر می‌رسد که این کار، قابلیت زیادی برای تحقیق بیشتر داشته باشد. ما فکر می‌کنیم یکی از شگفتی‌های این کار، سهولت نسبی در ورود کیوبیت‌های ابررسانایی به این حیطه‌ی اتم غول‌پیکر است. ترفندهایی که ما به کار گرفتیم نسبتا ساده بوده و همینطور می‌توان استفاده از این روش را برای کاربرد‌های بیشتر، بدون میزان زیادی هزینه ی اضافی متصور بود».

زمان همبستگی کیوبیت‌هایی که اتم‌های غول‌پیکر را تشکیل می‌دهند، یعنی زمان ماندن آن‌ها در یک حالت کوانتومی، حدودا 30 میکروثانیه بود که تقریبا با زمان همبستگی کیوبیت‌هایی که به یک موجبر جفت نشده‌اند و به گفته‌ی محققان گستره‌ای بین 10 تا 100 میکروثانیه دارد، برابر است.

همچنین این تحقیق، عملیات درهمتنیده کننده‌ی دو کیوبیتی با مانستگی 90 درصد را نشان می‌دهد. این اولین باری است که محققان از یک مانستگی دو‌کیوبیتی، برای کیوبیت‌هایی که به طور قوی با یک موجبر جفت شده‌اند، صحبت کرده‌اند، زیرا اغلب، مانستگی این گونه عملیات با استفاده از اتم‌های کوچک طبیعی، در یک چنین ساختاری پایین است. محققان می‌گویند: «با تصحیح بیشتر، شیوه های تنظیم عملیات و طراحی سخت‌افزار بهینه شده، مانستگی می‌تواند باز هم ارتقا یابد».
منبع: phys.org
كلمات كليدي :
محاسبات کوانتومی
 
امتیاز دهی
 
 

نظر شما
نام  
پست الكترونيک
وب سایت
متنی که در تصویر می بینید عینا تایپ نمایید
نظر
login