گامی تازه در تولید رایانه‌های کوانتومی لیزری

ایتنا - رایانه‌های کوانتومی از قوانین غیرمعمول فیزیک کوانتومی برای حل مسائل خاص مانند شکستن کدهای رمزگذاری‌شده که امروزه به طور گسترده‌ای مورد استفاده هستند، بهره می‌برند که در حال حاضر برای ابررایانه‌ها نیز امری نشدنی است.

​

فیزیکدانان مؤسسه ملی استاندارد و فناوری (NIST) برای اولین بار توانسته‌اند ویژگی‌های کوانتومی دو یون جداگانه را با انجام تغییراتی در آن‌ها با استفاده از ریزموج‌ها به جای پرتوهای لیزری به هم مرتبط کنند.

به گزارش ایتنا به نقل از خبرگزاری دانشجویان، این محققان بر این باورند که با این کار شاید بتوان رایانه‌های کوانتومی لیزری بزرگ را با فناوری ریزموج تجاری ریز مشابه قطعات موجود در گوشی‌های تلفن هوشمند جایگزین کرد.

ریزموج‌ها که ناقل ارتباطات بی‌سیم هستند در آزمایش‌های گذشته برای کار بر روی تک یونها استفاده شده‌اند؛ اما این محققان برای اولین بار منابع ریزموجی را در جایی بسیار نزدیک یونها در فاصله ۳۰ میکرومتری قرار داده و شرایطی را برای پیچیدگی کوانتومی ایجاد کردند. این پدیده کوانتومی برای انتقال اطلاعات و تصحیح خطاها در رایانه‌های کوانتومی بسیار حیاتی به نظر می‌رسد.

محققان در آزمایش‌های خود، سیم‌های منابع ریزموج را مستقیماً روی یک تله یونی به اندازه یک تراشه ادغام کرده و از یک صفحه لیزر، آینه‌ها و لنزهایی به ابعاد یک دهم اندازه‌های پیشین استفاده کردند.

لیزرهای مافوق‌بنفش کم انرژی هنوز برای خنک‌کردن یون‌ها و مشاهده نتایج آزمایش ضروری است اما شاید بتوان آن را در آخر کار به اندازه لیزرهای درون دستگاه‌های دی‌وی‌دی قابل حمل تغییر داد.

اجزای ریز موج‌ها در مقایسه با منابع پیچیده و گران لیزری می‌توانند به راحتی برای ساخت سیستم‌های کاربردی هزاران یون برای محاسبات و شبیه‌سازی کوانتومی گسترش یافته و ارتقاء پیدا کنند.

رایانه‌های کوانتومی از قوانین غیرمعمول فیزیک کوانتومی برای حل مسائل خاص مانند شکستن کدهای رمزگذاری‌شده که امروزه به طور گسترده‌ای مورد استفاده هستند، بهره می‌برند که در حال حاضر برای ابررایانه‌ها نیز امری نشدنی است.

هدف نزدیکتر دانشمندان، طراحی شبیه‌سازی‌هایی از مسائل مهم علمی برای کشف اسرار کوانتومی مانند ابررسانایی در دمای بالا و از بین رفتن مقاومت الکتریکی در مواد خاص در دمای سرد معین است.

یون‌ها انتخاب پیشگام دانشمندان برای حفظ اطلاعات در رایانه کوانتومی به شمار می‌روند.

محققان NIST در پژوهش قبلی خود از یون‌ها و لیزرها جهت نمایش بسیاری از اجزا و فرآیندهای اساسی برای یک رایانه کوانتومی استفاده کرده بودند.

آن‌ها در آخرین آزمایش‌های خود از ریزموج‌ها برای چرخاندن چرخش‌های یون‌های منیزیوم و پیچیده کردن چرخش‌های یک جفت یون استفاده کردند.

در این آزمایش، دو یون با میدان‌های الکترومغناطیسی نگه داشته شده و بالای یک تراشه تله یونی متشکل از الکترودهای طلا که بر روی پایه نیترید آلومینیوم آبکاری شده بودند، حرکت می‌کردند. برخی از این الکترودها برای ایجاد پالس‌های تشعشع ریزموج نوسانی در اطراف یون‌ها، فعال شده بودند.

فرکانس‌های تابشی در طیف‌های یک تا دو گیگاهرتز هستند. ریزموج‌ها به تولید میدان‌های مغناطیسی مورد استفاده برای چرخاندن چرخش‌های یون‌ها پرداخته و می‌توان آن را مانند یک آهن‌ربایی میله‌ای درنظر گرفت که به جهت‌های مختلف اشاره می‌کند. گرایش این آهن‌رباهای میله‌ای ریز یکی از ویژگی‌های کوانتومی است که برای ارائه اطلاعات استفاده می‌شود.

دانشمندان با استفاده از شیوه‌ای که ابتدا با لیزر آن را ساخته بودند به پیچیده کردن یون‌ها پرداختند. اگر میدان‌های مغناطیسی ریزموج‌ها به طور تدریجی در یون‌ها در یک مسیر درست افزایش یابد، حرکت یون‌ها بسته به گرایش چرخش تحریک شده و یون‌ها می‌توانند در فرآینده ترکیب شوند.

استفاده از ریزموج‌ها به کاهش خطاهای اجرایی توسط بی‌ثباتی‌های جهت‌گیری پرتوهای لیزری و نیرو و همچنین انتشار لیزری خودبخود یون‌ها منجر می‌شود. با این حال عملیات ریزموجی برای فعال‌کردن محاسبات یا شبیه‌سازی‌های کوانتومی به ارتقا نیاز دارند.

محققان NIST توانسته‌اند در ۷۶ درصد موارد به پیچیدگی کوانتومی دست پیدا کنند اما هنوز نتوانسته‌اند به رکورد ۹۹.۳ درصدی عملیات اجرایی لیزری برسند.

این تیم علاوه بر بهبود عملیات ریزموج با کاهش حرکت ناخواسته یون‌ها، قصد دارد در مورد چگونگی سرکوب ارتباط تقابلی بین نواحی مختلف پردازش اطلاعات در یک تراشه مطالعه کنند.