محققان ابزار جدیدی برای تجزیه و تحلیل مدارهای ابررسانای بزرگ ابداع کردند

اگر علاقه‌مند به دنیای علم و فناوری باشید، قطعاً شنیده‌اید که نسل بعدی محاسبات و پردازش اطلاعات در دنیای جذاب و غنی مکانیک کوانتومی نهفته است. انتظار می‌رود رایانه‌های کوانتومی قادر به حل مشکلات بزرگ و بسیار پیچیده‌ای باشند که از عهده قدرتمندترین اَبَررایانه‌های امروزی برنمی‌آید؛ اما طبیعتاً ساخت رایانه‌ی کوانتومی با چالش‌های متعددی مواجه است که عملا دستیابی به نوع مفید این ماشین‌های پردازشی عظیم‌الجثه‌ را تا سال‌ها به تعویق می‌اندازد.

خوشبختانه در سالیان اخیر محققان، دولت‌ها، شرکت‌های خصوصی و نهادهای علمی بسیاری به حوزه رایانش کوانتومی وارد شده‌اند و به همین دلیل، به‌طور روزافزون شاهد کشف راه حل‌ها و ابتکاراتی هستیم که می‌تواند ما را به آینده کامپیوتر کوانتومی امیدوار کند. در این میان، ساخت ابزارهای تحقیقاتی جدید برای پیشرفت این زمینه و توسعه کامل کامپیوترهای کوانتومی از اهمیت بالایی برخوردار است. PHYS.ORG گزارش می‌دهد که محققان دانشگاه نورث‌وسترن یک ابزار نظری برای تجزیه‌وتحلیل مدارهای ابررسانای بزرگ توسعه داده و آزمایش کرده‌اند. این مدارها از بیت‌های کوانتومی ابررسانا یا به‌اصطلاح کیوبیت‌ها، کوچک‌ترین واحدهای پردازش کوانتومی، برای ذخیره اطلاعات استفاده می‌کنند.

در حال حاضر ابزارهای کمی وجود دارد که به مدل‌سازی مدارهای بزرگ بپردازد و این روش نورث‌وسترن را به سهم مهمی در جامعه تحقیقاتی تبدیل می‌کند. ینس کوچ، دانشجوی مقطع فوق لیسانس در گروه تحقیقاتی نورث‌وسترن و متخصص کیوبیت‌های ابررسانا، می‌گوید:

چارچوب ما با الهام از روش‌هایی که در ابتدا برای مطالعه الکترون‌ها در بلورها توسعه یافته بود و به ما اجازه می‌داد پیش‌بینی‌های کمی برای مدارهایی که قبلاً دسترسی به آن‌ها سخت یا غیر ممکن بود، به‌ دست آوریم.

کوچ همچنین استادیار فیزیک و نجوم در دانشکده هنر و علوم واینبرگ، عضو مرکز مواد و سیستم‌های کوانتومی ابررسانا (SQMS) و مرکز طراحی مشترک برای مزایای کوانتومی (C2QA) است. جالب است بدانید که هر دو مرکز ملی سال گذشته توسط وزارت انرژی ایالات متحده آمریکا (DOE) تأسیس شدند. SQMS بر ساخت و به‌کارگیری رایانه‌ای کوانتومی فوق‌ پیشرفته بر اساس فناوری‌های ابررسانا تمرکز دارد و در سوی دیگر، C2QA در حال ایجاد ابزارهای اساسی لازم برای ایجاد سیستم‌های کامپیوتری مقیاس‌پذیر، توزیع‌شده و مقاوم در برابر خطا است. کوچ در رابطه با همکاری با مراکز یادشده می‌گوید:

ما مفتخریم که در مأموریت‌های انجام‌شده توسط این دو مرکز DOE مشارکت داشته باشیم و بر دیده شدن نورث‌وسترن در زمینه علم اطلاعات کوانتومی بیفزاییم.

در این گزارش آمده است که محققان نورث‌وسترن استفاده از ابزار نظری خود را با استخراج اطلاعات کمی از مدار محافظت‌شده که با استفاده از تکنیک‌های استاندارد غیر قابل دستیابی بود، نشان داده‌ و به‌طور خاص کیوبیت‌های محافظت‌شده را مطالعه کرده‌اند. این کیوبیت‌ها از نظر طراحی از نویزهای مضر محافظت می‌شوند و می‌توانند زمان‌ انسجامی (مدت‌زمان نگه‌داری اطلاعات کوانتومی) بسیار طولانی‌تر از کیوبیت‌های پیشرفته کنونی به‌ همراه داشته باشند.

مدارهای ابررسانا مذکور لزوماً بزرگ هستند و در حقیقت نورث‌وسترن ابزاری برای اندازه‌گیری رفتار آن‌ها ایجاد کرده است. در حال حاضر ابزارهایی وجود دارد که می‌توانند مدارهای ابررسانای بزرگ را تجزیه‌وتحلیل کنند؛ اما تنها در شرایط خاص و کنترل‌شده به‌خوبی کار می‌کنند. روش ابداعی نورث‌وسترن به‌نوعی مکمل آن‌ها محسوب می‌شود و زمانی خوب کار می‌کند که این ابزارهای دیگر ممکن است نتایج غیر مطلوبی ارائه بدهند.