دستاورد بزرگ در صنعت کوانتوم؛ دانشمندان برای اولین‌بار، ۵۱ کیوبیت را درهم‌تنیده کردند!

تعداد بی‌سابقه‌ای از بیت‌های کوانتومی (کیوبیت) در داخل کامپیوتری کوانتومی درهم‌تنیده شده‌اند. پیش‌تر، دانشمندان بارها تلاش کرده‌ بودند ازطریق تعداد نسبتاً زیادی کیوبیت به چنین هدفی دست پیدا کنند؛ با‌این‌حال، هیچ‌یک از آزمایش‌های قبلی برای درهم‌تنیده‌کردن کیوبیت‌ها موفقیت‌آمیز نبود.

وقتی دو ذره‌ی کوانتومی درهم‌تنیده می‌شوند، تغییر ویژگی یکی از آن‌ها باعث می‌شود که همان ویژگی در ذره‌ی دیگر نیز تغییر کند. درباره‌ی ذرات پرتعداد‌تر، نه‌تنها می‌توان هر دو ذره را درهم‌تنیده کرد؛ بلکه می‌توان سراغ درهم‌تنیده‌کردن تک‌تک آن‌ها با یکدیگر رفت.

به‌نوشته‌ی تامز هاردور و نیو ساینتیست، دانشمندان در اواخر دهه‌ی ۱۹۸۰ چگونگی درهم‌تنیدگی سه یا چهار ذره‌ی نور را با روشی پیچیده‌ بررسی کردند. مدتی پیش، ۲۷ کیوبیت در داخل کامپیوتری کوانتومی به درهم‌تنیدگی رسیدند.

اکنون، شیائو-بو ژو و همکارانش در دانشگاه علم و فناوری چین می‌گویند تعداد کیوبیت‌های درهم‌تنیده را به ۵۱ مورد رسانده‌اند. آن‌ها برای رسیدن به دستاورد جدیدشان از کامپیوتر کوانتومی Zuchongzhi استفاده کردند.

کامپیوتر Zuchongzhi قبلاً مسائل پیچیده را به‌حدی سریع حل می‌کرد که دانشمندان چینی ادعا کرده بودند که این کامپیوتر به «برتری کوانتومی» دست پیدا کرده است. این یعنی هیچ‌یک از ابرکامپیوترهای سنتی نمی‌توانند Zuchongzhi را شکست دهند.

کامپیوتر Zuchongzhi شامل ۶۶ کیوبیت ابررسانا است. این کیوبیت‌ها حلقه‌های کوچکی هستند که الکتریسیته را بدون هدر‌رفتن هدایت می‌کنند. دانشمندان با بهره‌گیری از ریزموج (مایکروویو) وضعیت کیوبیت‌ها را کنترل و نحوه‌ی تعامل کیوبیت‌ها با یکدیگر را ازطریق ضربه‌زدن به آن‌ها با پالس‌های میدان مغناطیسی، تنظیم کردند.

دانشمندان از روش مذکور برای اعمال «دروازه‌ی منطق کوانتومی» (گیت کوانتومی) بر تعداد زیادی جفت‌کیوبیت به‌صورت هم‌زمان استفاده کردند. گیت کوانتومی نوعی مدار پایه‌ی کوانتومی و اساساً دنباله‌ای از عملیات پردازشی است که وضعیت کوانتومی کیوبیت‌ها را تغییر می‌دهد. دانشمندان در این حالت توانستند ۵۱ کیوبیت چیده‌شده به‌صورت خطی و ۳۰ کیوبیت چیده‌شده در صفحه‌ای دوبعدی را درهم‌تنیده کنند تا دو رکورد جدید به‌ثبت برسد.

نیتن لاکرویکس، از اعضای مؤسسه‌ی فناوری فدرال زوریخ، می‌گوید دانشمندان قبلاً سیستم‌های مشابهی با حداکثر ۵۷ کیوبیت ساخته‌اند؛ اما نتوانستند تأیید کنند که هر‌یک از کیوبیت‌ها با تمامی کیوبیت‌های دیگر درهم‌تنیده شده باشد.

چارلز هیل، از اعضای دانشگاه نیو‌ساوت‌ولز استرالیا، می‌گوید که درهم‌تنیدگی یکی از تفاوت‌های مهم در بین کامپیوترهای سنتی و کامپیوترهای کوانتومی است و نقش بسزایی در الگوریتم‌های کوانتومی ایفا می‌کند. هیل قبلاً به‌همراه همکارانش سیستمی با ۶۵ کیوبیت طراحی کرد؛ اما کیوبیت‌ها در آن سیستم صرفاً به‌صورت مجموعه‌های دوتایی درهم‌تنیده شده‌ بودند، نه به‌صورت گروهی.