ثبت رکورد جدیدی از پایداری محاسبات کوانتومی

دانشمندان به رکورد جدیدی در میزان پایداری محاسبات کوانتومی دست یافته‌اند که پیش از این سابقه نداشته است.

دانشمندان استرالیایی موفق به تولید نوعی از بیت‌های کوانتوم یا کیوبیت‌ها (عناصر اصلی رایانه‌های کوانتومی) شده‌اند که نسبت به تکنولوژی فعلی ۱۰ برابر پایدار‌تر هستند. با استفاده از این کیوبیت‌ها، توان محاسبات رایانه‌های کوانتومی به مقدار وسیعی افزایش پیدا خواهد کرد.

رایانه‌های معمولی با نسبت دادن دو عدد صفر و یک به اطلاعات می‌توانند آنها را ذخیره و یا  پردازش ‌کنند، این در حالی است که رایانه‌های کوانتومی از کوانتوم بیت‌ها یا کیوبیت‌ها استفاده می‌کنند. کیوبیت‌ها نه تنها دو عدد صفر و یک را  به خود می‌گیرند، بلکه می‌توان به طور همزمان و با استفاده از بر‌هم نهی (superposition)، هر دوی این اعداد را به کیوبیت‌ها اختصاص داد.

محققان دانشگاه نیوساوت ولز (University of New South Wales)، کیوبیت‌های جدید را،  کوانتوم‌بیت‌های پوشیده می‌نامند، دلیل انتخاب این نام این است که تیم تحقیقاتی، میدان الکترومغناطیسی را با مرکز یک اتم ترکیب کرده‌اند.

با انجام این کار، محققان موفق شدند کوانتوم‌بیت‌ها را تا ۱۰ برابر بیشتر از تلاش‌های قبلی در موقعیت برهم‌نهی (یعنی شرایطی که دو حالت می‌تواند همزمان  وجود داشته باشد) نگه دارند. با این کار، محاسبات کوانتومی به طور چشم‌گیری پایدارتر می‌شوند. یکی از محققان پروژه، آرنه لاکت (Arne Laucht) در این باره می گوید:

ما با درهم‌آمیختن دَوَران یک عدد الکترون با میدان الکترومغناطیسی، توانستیم نوع جدیدی از کوانتوم بیت را تولید کنیم. این کوانتوم بیت در مقایسه با یک الکترون منفرد، هم کاربرد و هم طول عمر بیشتری دارد و به ما اجازه می‌دهد که رایانه‌های کوانتومی قابل اطمینان‌تری بسازیم.

تصور عموم این است که رایانه‌های کوانتومی به طور دیوانه‌کننده‌ای سریع‌تر از رایانه‌های معمولی هستند و سرعت پردازش اطلاعات در آنها تا میلیون‌ها برابر سریع‌تر است، اما یکی از موانع توسعه و ساخت این نوع از رایانه‌ها، عمل بر‌هم‌نهی است.

همین عمل برهم‌نهی است که باعث جذاب شدن رایانه‌های کوانتومی می‌شود. صرف اینکه اطلاعات می‌توانند دو حالت را به طور همزمان اختیار کنند، باعث می‌شود که میزان محاسباتی که این رایانه‌ها می‌توانند انجام دهند به طور غیر‌قابل‌تصوری افزایش پیدا کند.

اما این توانایی، نقطه‌ی ضعف رایانه‌های کوانتومی نیز به شمار می‌رود. حالت برهم‌نهی بسیار شکننده است و طول عمر کمی دارد. به همین دلیل است که محققان نمی‌توانند قابلیت‌های محاسبات کوانتومی را بطور کامل درک کنند. یکی از اعضای تیم، آندرا مارلو (Andrea Morello) در این مورد می‌گوید:

بزرگ‌ترین مانع بر سر راه استفاده از اشیا‌ی کوانتومی، طول عمر بسیار کم بر‌هم‌نهی آنهاست. هدف ما این است که عمر این حالت را به اندازه‌ای طولانی کنیم تا بتوانیم محاسبات مفیدی را با استفاده از آن انجام بدهیم.

اگر یک اتم سیلیکون را در معرض میدان الکترومغناطیسی بسیار قوی که در فرکانس میکرو ویو نوسان می‌کند قرار دهیم، طول عمر برهم‌نهی کیوبیت‌ها تا ۱۰ برابر بیشتر از کیوبیت‌های استاندارد می‌شود. حتی با حساب این افزایش طول عمر، کوبیت‌های پوشیده در نظر انسان بسیار سریع محو می‌شوند، چون طول عمر آنها بیش از ۲.۴ میلی ثانیه نیست. اما همین زمان اندک نیز رایانه‌های کوانتومی را قادر  می‌کند تا محاسبات بسیار زیادی انجام دهند. میدان الکترو‌مغناطیسی مورد استفاده در این آزمایش نه تنها عمر برهم‌نهی را افزایش می‌دهد بلکه محققان را قادر می‌سازد تا کیوبیت‌ها را بیشتر دستکاری کنند. مارلو می‌گوید:

کیوبیت‌های پوشیده‌ی جدید، ما را قادر می‌کند تا کنترل بیشتری روی آنها داشته باشیم، در حالی که در کیوبیت‌های غیرپوشیده به هیچ وجه اینطور نیست. برای مثال می‌توانیم کیوبیت‌ها را تنها با تغییر فرکانس میدان میکرو ویو کنترل کنیم، درست همان کاری که با رادیوی FM انجام می‌دهیم.

وی می‌افزاید:

به همین دلیل است که در بعضی از موارد، کیوبیت‌ها‌ی پوشیده در برابر نوییز مصون هستند. اطلاعات کوانتومی توسط فرکانس کنترل می‌شوند که بسیار قابل اطمینان است، در حالیکه دامنه (amplitude) راحت‌تر تحت تاثیر نوییز قرار می‌گیرد.

با این حال، دانشمندان برای ساختن رایانه‌ی کوانتومی راه طولانی در پیش دارند. گوگل اخیرا اعلام کرد که نوعی از شبیه‌سازی را توسعه داده‌است که بر پایه‌ی گفته‌ی خودشان در واقع یک رایانه‌ی کوانتومی است. اما خیلی از افراد با این موضوع موافق نیستند و می‌گویند که قدرت محاسباتی آن، حتی نزدیک به یک رایانه‌ی کوانتومی نیست. اما زمانی که رایانه‌های کوانتومی از راه برسند، این کیوبیت‌های پوشیده همان نقشی را در آنها ایفا خواهند کرد که چیپ‌های سیلیکونی در وسایل دیجیتالی امروزی ایفا می‌کنند. لاکت در این باره می‌گوید:

این نتایج ما را به ساختن یک پردازنده‌ی سیلیکونی کوانتومی که هم قدرتمند و هم قابل اعتماد باشد، نزدیک کرده ‌است. و نکته‌ی جالب دیگر این است که روش ساخت آنها با رایانه‌های امروزی تفاوتی نخواهد داشت.    

منبع sciencealert

از سراسر وب

  دیدگاه
کاراکتر باقی مانده

بیشتر بخوانید

تبلیغات