آخرین اخبار
دانشمندان روش افزایش 1۰ هزار برابری دوام حالت‌های کوانتومی را کشف کردند

دانشمندان روش افزایش 1۰ هزار برابری دوام حالت‌های کوانتومی را کشف کردند

چنانچه فناوری کوانتومی را تحت کنترل خود در‌بیاوریم می‌توانیم انتظار قابلیت‌های شگفت‌‌انگیز جدیدی را داشته باشیم. اما ابتدا دانشمندان باید بتوانند حالت‌های کوانتومی را وادار کنند تا بیشتر از چند میلیونیوم ثانیه مطیع بمانند.

گروهی از دانشمندان، خبر از کشف یک اصلاح ساده دادند که به حالت‌های کوانتومی این اجازه را می‌دهد تا ۱۰ هزار برابر بیشتر از قبل، قابل استفاده یا «همدوس» بمانند. اگر‌چه دانشمندان تکنیک‌شان را روی یک دسته‌ی خاص از سیستم‌های کوانتومی با نام کیوبیت‌های حالت جامد امتحان کردند، اما آن‌ها گمان می‌کنند که این روش قابلیت اجرا بر روی بسیاری از گونه‌های دیگر سیستم‌های کوانتومی را دارد و بنابراین می‌تواند موجب تحول اساسی در ارتباطات، محاسبات و حسگری کوانتومی شود.
محققان می‌گویند: «این موفقیت، زمینه ساز تحقیقات هیجان‌انگیز جدیدی در علوم کوانتومی می‌شود. کاربرد گسترده‌ی این کشف به همراه پیاده سازی بسیار آسان آن باعث می‌شود این همدوسی قوی، بسیاری از جنبه‌های مهندسی کوانتومی را تحت تاثیر قرار دهد. این روش، فرصت‌های تحقیقاتی جدیدی که قبلا غیر‌عملی به نظر می‌رسیدند را، ممکن می‌سازد».

جهان در مقیاس اتمی بر طبق قوانین مکانیک کوانتومی و بسیار متفاوت از آنچه ما در زندگی روزمره می‌بینیم، عمل می‌کند. این قوانین متفاوت می‌توانند منجر به فناوری‌هایی همچون شبکه‌های واقعا غیر‌قابل نفوذ یا کامپیوترهای بسیار توانمند شوند؛ وزارت انرژی آمریکا به تازگی در یک گردهمایی در دانشگاه شیکاگو، یک طرح اولیه برای اینترنت کوانتومی آینده را منتشر کرد، اما چالش‌های اساسی مهندسی همچنان پا‌برجا هستند: حالت‌های کوانتومی برای عملکرد‌شان به یک فضای به شدت آرام و با‌ثبات نیاز دارند، زیرا به راحتی به وسیله‌ی نویز‌های پس‌زمینه‌ای ناشی از ارتعاشات، تغییرات دما و یا میدان‌های الکترومغناطیسی سرگردان، مختل می‌شوند.

از ‌این‌رو دانشمندان سعی در یافتن روش‌هایی برای نگه‌داشتن هر‌چه بیشتر سیستم در حالت همدوس دارند. یک رویکرد معمول، جداکردن سیستم از محیط نویز‌دار اطراف است، اما این روش می‌تواند سخت و پیچیده باشد. تکنیک دیگر شامل خالص‌سازی هر‌چه بیشتر مواد است که می‌تواند پر‌هزینه باشد. محققان دانشگاه شیکاگو، رویه‌ی دیگری را در پیش گرفتند. یکی از این محققان می‌گوید: «ما در این روش سعی نمی‌کنیم نویز اطراف را حذف کنیم بلکه سیستم را «گول» می‌زنیم تا فکر کند این نویز را احساس نمی‌کند».

این گروه همزمان با پالس‌های الکترو‌مغناطیسی معمول، که برای کنترل سیستم‌های کوانتومی استفاده می‌شوند، یک میدان مغناطیسی پیوسته‌ی متناوب اضافی را اعمال کردند. دانشمندان با تنظیم دقیق این میدان توانستند اسپین‌های الکترونی را به طور سریع چرخانده و باعث شوند تا سیستم بقیه‌ی نویز را «نا‌دیده» بگیرد.

محققان می‌گویند: «برای درک بهتر ماجرا تصور کنید که در یک چرخ‌و‌فلک، همراه با افرادی که با سر‌و‌صدای زیاد اطراف شما هستند، نشسته‌اید. قبل از حرکت، شما می‌توانید صدای آن‌ها را به طور کامل بشنوید اما اگر با سرعت زیاد در حال چرخش باشید، این سر‌و‌صدا در یک پس‌زمینه محو می‌شود».

این تغییر کوچک به سیستم این امکان را داد که تا 22 میلی‌ثانیه همدوس بماند که پنج مرتبه‌ی بزرگی بیشتر از روش اصلاح‌نشده؛ و بسیار طولانی‌تر از هر سیستم اسپین الکترونی گزارش‌شده‌ی قبلی است (برای مقایسه، یک بار پلک زدن یک چشم، 350 میلی‌ثانیه زمان می‌برد). این سیستم قادر است که تقریبا به طور کامل، متوجه بعضی از اقسام نوسانات دمایی، ارتعاشات فیزیکی و نویز الکترومغناطیسی که همگی معمولا همبستگی کوانتومی را از بین می‌برند، نشود.

به گفته‌ی دانشمندان، این اصلاح ساده می‌تواند موجب اکتشافاتی در تقریبا هر زمینه‌ای از فناوری کوانتومی شود. آن‌ها می‌گویند: «این رویکرد، مسیری به سوی مقیاس‌پذیری ایجاد می‌کند. انتظار می‌رود که این روش، ذخیره‌ی اطلاعات کوانتومی را در اسپین الکترونی، عملی سازد. افزایش زمان‌های ذخیره‌سازی، عملیات پیچیده‌تر در کامپیوتر‌های کوانتومی را ممکن می‌سازد و باعث می‌شود تا اطلاعات کوانتومی ارسال‌شده از دستگاه‌های مبتنی بر اسپین بتوانند مسافت‌های طولانی‌تری را در شبکه بپیمایند».

اگر‌چه این آزمایش در یک سیستم کوانتومی حالت جامد و با استفاده از سیلیسیم کاربید اجرا شد، اما دانشمندان معتقدند که این تکنیک باید دارای اثرات مشابهی در انواع دیگر سیستم‌های کوانتومی از قبیل بیت‌های کوانتومی ابر‌رسانا و سیستم‌های کوانتومی مولکولی باشد. این سطح از تطبیق‌پذیری برای یک چنین پیشرفتی در مهندسی، غیر‌معمول است.

محققان می‌گویند: «گزینه‌های زیادی برای فناوری کوانتومی وجود دارد که همگی به دلیل اینکه نمی‌توانستند همدوسی کوانتومی را برای دوره‌های زمانی طولانی حفظ کنند، کنار گذاشته ‌شدند. اکنون که ما این روش را برای بهبود چشمگیر همدوسی در اختیار داریم، آن‌ها می‌توانند مجددا ارزیابی شوند. بهترین بخش این روش، اجرای ساده‌ی آن است. با اینکه دانش پشت این روش پیچیده است، اما آمایش‌های افزودن یک میدان مغناطیسی متناوب بسیار سر‌راست هستند».
منبع: phys.org
 
كلمات كليدي :
همدوسی کوانتومی
 
امتیاز دهی
 
 

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