آخرین اخبار

استفاده از اتم‌های مصنوعی برای محاسبات کوانتومی

استفاده از اتم‌های مصنوعی برای محاسبات کوانتومی
نوشته شده توسط تیم رصد علمنا

نانوساختارها با الکترون‌های ابررسانا، سیستم‌های مصنوعی بسیار جذابی هستند که به طرق مختلف رفتار اتم‌های طبیعی را شبیه‌سازی و تقلید می‌کنند….

نانوساختارها با الکترون‌های ابررسانا، سیستم‌های مصنوعی بسیار جذابی هستند که به طرق مختلف رفتار اتم‌های طبیعی را شبیه‌سازی و تقلید می‌کنند. یکی از کاربردهای بالقوه این اتم‌های مصنوعی استفاده از آنها در محاسبات کوانتومی به‌عنوان کوبیت است. محققان به دنبال استفاده از این اتم‌های مصنوعی برای کامپیوترهای کوانتومی هستند.
یکی از جنبه‌های مهم توسعه فناوری کوانتومی، حفظ همدوسی بین کوبیت‌ها ( محصور شدگی) است. هیبریدهای موج-کوبیت نوع جدیدی از یک سیستم کوانتومی هیبریدی هستند که می‌توان از آنها برای تولید گیت‌های کوانتومی استفاده کرد. این امکان وجود دارد که برای تولید شبکه‌های بسیار بزرگتر، این معماری جدید، افزایش مقیاس داشته باشد که ضرورتاً باید شامل گروهی از همنواگرها (resonator) و کوبیت‌ها باشند.
فورستر، محقق دانشکده مهندسی شیمی در دانشگاه لاگبروگ (Loughborough) می‌گوید: محاسبات کوانتومی را که از اتم‌های مصنوعی استفاده می‌کند، می‌توان با حساسیت بالا و با استفاده از میدان‌های الکترومغناطیسی خارجی کنترل کرد. این میدان‌ها و میدان‌های ناشی از اتم‌های مصنوعی جفت‌شده، بر روی مقدار همبستگی کوانتومی در سیستم اثر می‌گذارند. اما مهندسی کردن عناصر کنترل که می‌توانند بدون تخریب کامل محصور‌شدگی کوبیت‌ها، اجرا شوند، بسیار مشکل است.
در این کار جدید، فورستر به‌همراه همکارش (کوسمارتسوف)، امکان استفاده از آرایه‌های خطی صفحه‌های فلزی-بیضوی را به‌عنوان موج‌برهای گالری نجواگر (whispering) برای کنترل اتم‌های مصنوعی بررسی کردند.
این محققان نتایج یافته‌های خود را در مجله تحت Scientific Reports عنوان چاپ کردند.
فورستر می‌گوید:  برای اولین بار ما یک روش غیرتهاجمی جدید برای محاسبات کوانتومی و کنترل کوانتومی ابداع کردیم. این روش بدون‌تماس است و از مدهای رزونانسی حفره با کوبیت‌های ادغام شده استفاده می‌کند. این روش امکان هیبریدهای موج-کوبیت فناوری‌های کوانتومی را برای پردازش اطلاعات کوانتومی فراهم می‌سازد.
توپولوژی و اجزای این ساختار به‌گونه‌ای است که سیستم از لحاظ الکتریکی ایزوله است و ترجیحاً در فرکانس‌های تتراهرتز با مدهای گالری نجواگر کنترل کننده اتم‌های مصنوعی(π-rings) اجرا می‌شود.
در این مطالعه، دانشمندان معادله موج کوانتومی ( معادله شرودینگر) را حل کردند که شامل معادله انرژی است که میدان‌های مغناطیسی تولید شده توسط آرایه گالری نجواگر ، کوبیت‌ها و بر همکنش‌های آنها را توصیف می‌کند. این روش ساده همچنین توسط یک آنالیز ماتریس دانسیته که حساسیت دمایی محصورشدگی را توصیف می‌کند، حمایت می‌شود.
فورستر می‌گوید: ما متوجه شدیم که محصور‌شدگی به‌طور کامل تخریب می‌شود.
این سیستم جدید یکی از کوبیت‌های خاموش (کوبیت‌های flux) است که بدون نویز نامطلوب عمل می‌کند. تنها الزام برای چنین فناوری کوانتومی، فاکتور کیفیت همنواگر است که کوبیت‌ها درون آنها ادغام شده‌اند و از طریق گالری‌های نجواگر آنها را کنترل می‌کنند. این روش، یک ادغام کاملاً جدید از فناوری‌های کوانتومی است.
روش‌های جایگزین همچون آنیلینگ کوانتومی و محاسبات کوانتومی آدیاباتیک تجاری شده‌اند (سیستم‌های ساخته شده توسط شرکتD-Wave). کنترل فناوری‌های کوانتومی موجود، همچون فناوری‌های استفاده شده در D-Wave، براساس ساخت مدارهای الکترونیکی مستقیم است. اما به‌دلیل افزایش نویز و کاهش همدوسی کوبیت‌ها در هنگام افزایش اندازه سیستم، ایجاد دروازه‌کتی کوانتومی ویژه با تعداد کوبیت‌های زیاد غیرممکن است. راه‌حلی که در سیستم‌های D-Wave استفاده می‌شود، محاسبات کوانتومی آدیباتیک است که تنها یک نوع از عملیات را تولید می‌کند.
فورستر می‌گوید: نتایج ما همچنین یک راه برای بهبود قابل ملاحظه فناوری محاسبات کوانتومی آدیباتیک نشان می‌دهد.
اثبات تاثیرپذیری کوبیت‌های جفت‌شده با عناصر کنترلی که از گالری‌های پلاسمونیک و نجواگر استفاده می‌کنند، نسبتاً ساده است. هنگامی که بتوان سیستم را ارتقا داد، در این صورت حل الگوریتم‌های کوانتومی و مشکلاتی همچون پیداکردن توالی مولکولی بهینه برای توسعه داروها امکان پذیر خواهد بود.
یکی دیگر از کاربردها، یک موتور جستجوی کوانتومی است که می‌تواند جایگزین موتورهای نوع گوگل شوند که در آنها اطلاعات از طریق گالری‌های نجواگر انتقال خواهند یافت.

درباره نویسنده

تیم رصد علمنا

دیدگاه شما چیست