شارا - شبكه اطلاع رساني روابط عمومي ايران : بازي قايم باشك كوانتومي
دوشنبه، 5 آذر 1397 - 14:45 کد خبر:35753
پژوهشگران موسسه فناوري فدرال زوريخ (ETH) از يك ناظر كوانتومي براي حفظ وضعيت كيوبيت‌ها و محافظت از اطلاعات كوانتومي براي مدت زمان طولاني‌تر استفاده كردند.
شبكه اطلاع رساني روابط عمومي ايران (شارا)- پژوهشگران موسسه فناوري فدرال زوريخ (ETH) از يك ناظر كوانتومي براي حفظ وضعيت كيوبيت‌ها و محافظت از اطلاعات كوانتومي براي مدت زمان طولاني‌تر استفاده كردند.
در رايانه‌هاي معمولي براي ذخيره داده‌ها و انجام محاسبات از بيت‌هاي 0 و 1 استفاده مي‌شود، اما در رايانه‌هاي كوانتومي، كيوبيت (qubit) واحد پايه پردازش و رمزنگاري كوانتومي است. كيوبيت يك سامانه كوانتومي دوحالتي است كه توسط مكانيك كوانتومي قابل توصيف است.
مكانيك كوانتومي به كيوبيت اجازه مي‌دهد كه در حالت‌هاي كلاسيك 0 و 1 يا حتي تركيبي از هر دو حالت 0 و 1 به صورت همزمان باشد.
بازي قايم باشك كوانتومي
در يك رايانه كوانتومي، محاسبات از طريق دستكاري ارزش يك كيوبيت به دست مي‌آيد و اين مسأله بستگي به ارزش كيوبيت‌هاي ديگر دارد. در بيشتر موارد، هر كيوبيت در يك سيستم يكسان هستند؛ بنابراين اگر ابزاري براي تغيير يك كيوبيت در اختيار داشته باشيم، همان ابزار مي‌تواند كيوبيت‌هاي همجوار را نيز تغيير دهد.
به عنوان مثال، يك رايانه كوانتومي شامل رشته‌اي از يون‌هاي قرار گرفته در كنار هم در يك تله است (يون‌ها، اتم‌هايي هستند كه يك يا چند الكترون از دست داده يا به دست آورده‌اند). يون‌ها از طريق حركت رو به عقب و جلو بر يكديگر اثر مي‌گذارند. اين حركت جمعي براي جفت شدن كيوبيت‌ها با يكديگر مورد استفاده قرار مي‌گيرند، اما اين حركت به راحتي دچار اختلال مي‌شود.
تصور كنيد كه قصد داريد يون مركزي را تنظيم كنيد؛ با تاباندن ليزر روي يون مركزي، يك فوتون جذب مي‌شود كه وضعيت كيوبيت را تغيير مي‌دهد. حال تصور كنيد كه فوتوني كه جذب نشده باشد، مانند توپ پينت‌بال در تله يون‌ها گرفتار شده و باعث ايجاد اختلال در همه يون‌ها مي‌شود. در نهايت اين مسأله باعث كاهش اثربخشي رفتار جمعي مورد نياز براي محاسبات كوانتومي مي‌شود.
در شرايط بدتر، فوتون پراكنده‌شده مي‌تواند به كيوبيت همجوار برخورد كرده و جذب شود. درصورتي كه اين اتفاق بيافتد، با يك خطا در محاسبات مواجه خواهيد شد.
ناظر كوانتومي
براي حل اين مشكل، گروهي از پژوهشگران موسسه الكترونيك كوانتومي در ETH زوريخ در تحقيقات خود نشان دادند كه چگونه مي‌توان از يك ناظر كوانتومي (quantum bystander) براي حفظ وضعيت كيوبيت‌ها براي زمان طولاني‌تر استفاده كرد.
به جاي استفاده از يك رشته يون‌هاي يكسان، پژوهشگران از دو يون متفاوت استفاده كردند. بين هركدام از يون‌هاي بريليم (beryllium) كه براي محاسبات كوانتومي استفاده مي‌شوند، يك يون كلسيم قرار داده شد.
فوتون‌هاي پراكنده‌شده از يون‌هاي بريليم نمي‌توانند به راحتي به ساير يون‌هاي بريليم برسند، زيرا يون‌هاي كلسيم در مسير آنها قرار دارند. يون‌هاي كلسيم به يك رنگ كاملا متفاوت نور نياز دارند، بنابراين نور پراكنده‌شده از يون بريليم باعث تغيير وضعيت كوانتومي يون كلسيم نمي‌شود، درحالي كه نور پراكنده‌شده از يون‌هاي كلسيم نيز بر يون‌هاي بريليم اثر نمي‌گذارند.
با اين حال يون‌هاي همجوار به طوركامل از يكديگر جدا نيستند. كيوبيت‌ها همچنان از طريق حركت يون‌ها، جفت مي‌شوند. در اين شرايط، يون كلسيم وارد عمل مي‌شود. زماني كه يون‌ها نور را جذب يا پراكنده مي‌كنند، ضربه‌اي را دريافت مي‌كنند كه حركت آنها را سريع‌تر مي‌كند.
حركت يون‌هاي كلسيم بايد كنترل شوند، به طوري كه ارتباط بين كيوبيت‌ها نيز تحت كنترل قرار بگيرد. براي اين كار، پژوهشگران از ليزر براي كند كردن حركت يون‌هاي كلسيم استفاده كردند و در نتيجه، تمام يون‌ها تحت كنترل قرار گرفتند.
در اين شرايط (استفاده از يون بريليم و يون كلسيم)، نرخ از دست دادن اطلاعات 20 برابر كندتر از زماني است كه از دو يون بريليم استفاده مي‌شود.
مترجم: معصومه سوهاني
منبع: arstechnica- سيناپرس