دسته‌ها
مطالب

گام مهمی در بهبود محاسبات کوانتومی

“Beam me up” یکی از مشهورترین عکسهای تبلیغاتی سریال Star Trek است. این دستور هنگامی صادر می شود که یک شخصیت می خواهد از یک مکان دور افتاده به شرکت Starship دورگردد.

در حالیکه انتقال نیروی انسانی فقط در داستانهای علمی وجود دارد ، انتقال در دنیای زیراتمیک مکانیک کوانتومی امکان پذیر است – البته به شکلی که معمولاً در تلویزیون نمایش داده نمی شود. در دنیای کوانتومی ، انتقال از راه دور به معنای حمل و نقل اطلاعات است و نه انتقال ماده.

محاسبات کوانتومی

سال گذشته دانشمندان تأیید کردند که حتی اگر فوتون ها به لحاظ جسمی به هم پیوند نداشته باشند ، می توان اطلاعات بین فوتون ها را روی تراشه های رایانه منتقل کرد.

اکنون طبق تحقیقات جدید دانشگاه روچستر و دانشگاه پوردو ، انتقال از راه دور نیز ممکن است بین الکترون ها امکان پذیر باشد.

در مقاله ای که در Nature Communications و یکی در Physical Review X منتشر شده است ، محققان از جمله جان نیکول ، استادیار فیزیک روچستر و اندرو جردن ، استاد فیزیک روچستر ، روشهای جدید ایجاد کوانتومی مکانیکی را کشف کردند. تعامل بین الکترونهای دوردست. این تحقیق گام مهمی در بهبود محاسبات کوانتومی است که به نوبه خود با ارائه پردازنده ها و حسگرهای سریعتر و کارآمدتر می تواند انقلابی در فناوری ، پزشکی و علوم ایجاد کند.

“اقدام شبح وار در فاصله”

انتقال کوانتومی نمایشی از آنچه آلبرت انیشتین معروف است “عمل شبح وار از راه دور” نامیده می شود – که به عنوان درهم کوانتومی نیز شناخته می شود. درهم تنیدگی – یکی از اساسی ترین مفاهیم فیزیک کوانتومی – خواص یک ذره بر خواص دیگر تأثیر می گذارد ، حتی اگر ذرات با فاصله زیاد از هم جدا شوند. انتقال کوانتومی شامل دو ذره دور و درهم است که در آن حالت یک ذره سوم فوراً حالت “انتقال” را به دو ذره درهم تنیده نشان می دهد.

کوانتمی

انتقال کوانتومی وسیله مهمی برای انتقال اطلاعات در محاسبات کوانتومی است. در حالی که یک رایانه معمولی از میلیاردها ترانزیستور به نام بیت تشکیل شده است ، کامپیوترهای کوانتومی اطلاعات را در بیت های کوانتومی یا qubits رمزگذاری می کنند. بیت یک مقدار باینری دارد که می تواند “0” یا “1” باشد ، اما qubits می تواند همزمان “0” و “1” باشد. توانایی کوبیت های فردی برای اشغال همزمان چندین کشور ، نشانگر قدرت بالقوه بزرگ رایانه های کوانتومی است.

دانشمندان اخیراً با استفاده از فوتونهای الکترومغناطیسی ، برای ایجاد جفت های از راه دور درهم تنیده کوبیت ، انتقال کوانتومی را نشان داده اند.

Qubits های ساخته شده از الکترون های فردی ، با این حال ، همچنین برای انتقال اطلاعات در نیمه هادی ها نوید بخش هستند.

نیکول می گوید: “الکترون های شخصی قوبیت های نویدبخش دارند زیرا خیلی راحت با یکدیگر ارتباط برقرار می کنند ، و قطعات الکترونیکی مجزا در نیمه هادی ها نیز مقیاس پذیر هستند.” “ایجاد اطمینان متقابل مسافت های طولانی بین الکترون ها برای محاسبات کوانتومی ضروری است.”

ایجاد جفت های درهم پیچیده الکترون که مسافت های طولانی دارند ، که برای انتقال نیاز است ، بسیار چالش برانگیز است: اگرچه فوتون ها به طور طبیعی در مسافت های طولانی پخش می شوند ، معمولاً الکترون ها در یک مکان محدود می شوند.

درهم و برهم جفت الکترون ها

به منظور نشان دادن انتقال کوانتومی با استفاده از الکترونها ، محققان از تکنیک اخیراً توسعه یافته بر اساس اصول اتصال جابجایی هایزنبرگ استفاده کردند. یک الکترون جداگانه مانند یک آهنربای میله با قطب شمال و قطب جنوبی است که می تواند به سمت بالا یا پایین حرکت کند. جهت قطب – به عنوان مثال قطب شمال به سمت بالا یا پایین به سمت بالا حرکت می کند – به عنوان لحظه مغناطیسی الکترون یا حالت چرخش کوانتومی شناخته می شود. اگر انواع خاصی از ذرات لحظه مغناطیسی یکسانی داشته باشند ، در همان زمان نمی توانند در یک مکان باشند. یعنی دو الکترون در حالت کوانتومی یکسان نمی توانند بر روی یکدیگر قرار بگیرند. اگر این کار را می کردند ، دولت هایشان به موقع و به عقب مبادله می شدند.

محققان از این تکنیک برای توزیع جفت الکترون های درهم پیچیده و انتقال حالت چرخش آنها استفاده کردند.

نیکل می گوید: “ما شواهدی برای” تعویض درهم آمیختگی “ارائه می دهیم ، که در آن ما بین دو الکترون گرفتاری ایجاد می کنیم ، حتی اگر ذرات هرگز در تعامل نباشند ، و” انتقال کوانتومی دروازه “، یک روش بالقوه مفید برای محاسبات کوانتومی با استفاده از دوربرد است.” “کار ما نشان می دهد که این کار حتی بدون فوتون نیز می تواند انجام شود.”

این نتایج راه را برای تحقیقات آینده در مورد انتقال کوانتومی شامل حالات چرخش از همه ماده ، نه فقط فوتون ها ، فراهم می کند و شواهد بیشتری را در مورد قابلیت های شگفت آور مفید الکترون های جداگانه در نیمه هادی های qubit ارائه می دهد.