راهی برای ایجاد شبکۀ کامپیوترهای کوانتومی

بیگ بنگ: محققان دانشگاه کلرادو بولدر و موسسه ملی استاندارد و فناوری(NIST) در یک مطالعه جدید نشان دادند که ترامپولین میکروسکوپی می­ تواند به مهندسان برای غلبه بر یک مانع عمده بر سر راه کامپیوترهای کوانتومی کمک کند.

microscopict

این تراشه، توسط محققان ِ موسسه جیلا(JILA) طراحی شده و عرض اندازه­‌گیری شده آن کمتر از نیم اینچ می­ باشد، که انرژی ریزموج را به نور لیزری تبدیل می­ کند.

به گزارش بیگ بنگ، این تحقیق از لحاظ عملی گام مهمی برای محاسبات کوانتومی است: چگونه می­توان سیگنال­‌های ریزموج، مانند آنچه که توسط تراشه­‌های کوانتومی ساخته شده توسط گوگل، اینتل و سایر شرکت­‌های فن­اوری تولید شده، را به پرتوهای نور که در کابل‌های فیبر نوری به حرکت در می­ آیند، تبدیل کرد؟ دانشمندان موسسه جیلا(JILA)، موسسه مشترک کلرادو بولدر و موسسه ملی استاندارد و فناوری، فکر می­ کنند که پاسخ آن را می­دانند: آنها دستگاهی طراحی کرده­‌اند که از یک صفحه کوچک برای جذب انرژی ریزموج استفاده می ­کند و از آن نور لیزر بیرون می­ دهد.

پیتر برنز، دانشجوی کارشناسی ارشد موسسه جیلا می­ گوید که این دستگاه می­ تواند از این شکاف به صورت مؤثری پرش کند (منظور فائق آمدن بر مشکل پیش رو). او و همکارانش گزارش دادند که ترامپولین کوانتومی خود می­ تواند ریزموج­‌ها را با نرخ موفقیتی به میزان ۵٠ درصد به نور تبدیل کند – آغازی کلیدی که کارشناسان می ­گویند کامپیوترهای کوانتومی به آن نیاز دارند تا به ابزاری روزمره در زندگی ما تبدیل شوند.

برنز گفت که تحقیقات تیمش می­ تواند یک روز به مهندسان کمک کند تا شبکه­‌های بزرگی از رایانه­‌های کوانتومی را به یکدیگر متصل کنند. برنز، یکی از دو نویسنده اصلی این تحقیق، گفت: «در حال حاضر هیچ راهی برای تبدیل سیگنال کوانتومی از یک سیگنال الکتریکی به سیگنال نوری وجود ندارد. ما منتظر رشدی در محاسبات کوانتومی هستیم و در تلاش برای ایجاد پیوندی که برای این شبکه ها قابل استفاده باشد، می­ باشیم.»

انتقال کوانتومی

چنین شبکه­‌هایی در افق کار دانشمندان قرار دارند. در طی دهه گذشته، چندین شرکت تکنولوژیکی در حال طراحی نمونه اولیه­‌ای از تراشه­‌های کوانتومی بوده‌­اند. این ابزار، اطلاعات را در آنچه که دانشمندان بدان کیوبیت­‌ها می­ گویند، رمزگذاری می­ کنند. کیوبیت­‌ها ابزاری به منظور ذخیره­‌سازی هر چه بهتر بیت­‌های سنتی است که لپ­ تاپ خانه شما را اجرا می­ کنند. کونارد لنرت از موسسه جیلا و همکاری نویسندۀ در این تحقیق می­ گوید که گرفتن اطلاعات از این تراشه­‌ها، کاری بس مشکل است.

دخالت خارجی به راحتی می­تواند سیگنال­‌های کوانتومی را مختل کند. ­لنرت گفت: «شما باید در فرستادن اطلاعات بسیار هوشیار و محتاط باشید.» یک چالش بزرگ در انتقال وجود دارد. تراشه­‌های کوانتومی مانند Bristlecone گوگل یا Tangle Lake اینتل، اطلاعات را در شکل فوتون یا بسته­‌های کوچکی از نور که در فرکانس­‌های ریزموج قرار دارند، ارسال می ­کنند. با این وجود، بخش عمده­ای از ارتباطات مدرن، به کابل­‌های فیبر نوری که تنها می­ تواند نور اپتیکی را بفرستند، متکی هستند.

در تحقیقی که در نشریۀ Nature Physics منتشر شده، گروه جیلا به راه­کاری برای حل چالش ایجاد تناسب بین یک قطعه مربعی و یک سوراخ دایره‌­ای که از یک صفحه کوچک سیلیکون-نیترید ساخته شده، نزدیک شده است. تیم گزارش می­ دهد که ترامپولین با باریک‌ه­ای از فوتون­‌های ریزموج سبب ارتعاش آن شده و باعث می­ شود که فوتون­‌ها از دیگر انتهای آن خارج شوند. این موضوع به استثنای فوتون­‌هایی است که هم ­اکنون در فرکانس­‌های اپتیکی، در حال ارتعاش هستند.

quantum computingمحققان قادر به دستیابی به پرشی با بهره‌­وری ۴٧ درصد بودند، به این معنی که برای هر دو فوتون ریزموج که به صفحه اصابت می­ کند نزدیک به یک فوتون اپتیکی خارج می­ شود­. برنز گفت: این روش عملکرد بسیار بهتری نسبت به روش‌­های دیگری همچون کریستال­‌ها یا آهن‌رباها برای تبدیل ریزموج به نور را داراست. پیتر برنز اضافه کرد که آنچه در مورد این دستگاه بسیار چشمگیر است، آرامش و سکون آن است. حتی در آزمایشگاه­‌های بسیار سرد که در آنجا تراشه‌­های کوانتومی نگهداری می ­شوند، میزان ناچیزی گرما باعث می­ شود که ترامپولین تیم بلرزد.

در این مرحله، ترامپولین فوتون­های مازادی که سیگنال را آلوده می­ کنند، ارسال می­ کند. برای خلاص شدن از این در هم‌­ریختگی، محققان روشی جدید برای اندازه­‌گیری نویزها و حذف آن­ها از پرتوهای نور اختراع کرده‌­اند. آنچه که پس از این فرآیند خارج می­ شود، سیگنال­‌های تمیز (عاری از فوتون) می­ باشند. برنز گفت: «آنچه ما انجام می­ دهیم، اندازه­‌گیری میزان نویز در قسمت ریزموج دستگاه است، و این به ما اجازه می­ دهد تا در قسمت اپتیکی دستگاه میان سیگنال و نویز تفاوت ایجاد کنیم.»

دستیابی به شبکه‌­بندی

برای اینکه ترامپولین به ابزاری عملی تبدیل شود، تیم نیازمند کاهش نویز بیشتری است، اما پتانسیل فعال کردن شبکه­‌بندی زیادی را نیز دارد. حتی با پیشرفت‌های اخیر در زمینه تراشه­‌های کوانتومی، دستگاه‌­های مدرن هنوز قدرت پردازش محدودی دارند. لنرت گفت: یکی از راه‌های پیش روی این است که تراشه­‌های کوچک زیادی را به یک Cruncher (سیستمی که توانایی انجام عملیات بسیار پیچیده یا پردازش مقدار زیادی از اطلاعات را دارد) متصل کرد. لنرت گفت: «واضح است که ما در حال حرکت به سوی آینده­‌ای هستیم که در آن نمونه­‌های اولیه‌­ای از کامپیوترهای کوانتومی کوچک را در اختیار داریم. اگر بتوانیم توسط شبکه آن­ها را به هم متصل کنیم، فواید بزرگی برای ما خواهند داشت.»

ترجمه: سوران زوراسنا/ سایت علمی بیگ بنگ

منبع: Phys.org

 

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *