اختراع سه قرن قبل از میلاد در خدمت کامپیوتر کوانتومی: ساخت پمپ توپولوژیکی با الهام از پیچ ارشمیدس!

2

اگر به عنوان راهنمای عده ای گردشگر در یک شهر شلوغ، انتخاب شوید، با یک چالش بزرگ، مواجه هستید: شما باید گردشگرانی که دائما در حال حرکت و جنب و جوش هستند را در یک گروه و کنار هم جمع کنید و احتمالا باید دائما سر آنها داد بکشید! این درست همان چالشی است که طراحان کامپیوترهای کوانتومی باید بر آن غلبه کنند. درکامپیوترهای کوانتومی، اطلاعات باید در قالب حالت های کوانتومی گروه هایی از ذرات، رمزگذاری شوند. نوفه (Noise) و بی نظمی داخل مواد درون پردازنده، چالشی است که دانشمندان باید آن را حل کنند. حالا تیمی بین المللی، طرح یک پمپ توپولوژیکی را پیشنهاد کرده اند که طبق آن، ذرات کوانتومی می توانند در قالب یک گروه، حرکت کنند. با دیپ لوک همراه باشید…

این پیشنهاد دیروز در قالب مقاله ای در ژورنال معتبر Physical Review Letters منتشر شد. تیم این پژوهش شامل دانشمندانی از کمپانی گوگل، دانشگاه ملی سنگاپور، دانشگاه فنی کرت و دانشگاه آکسفورد است. دکتر پدرام روشن، دانشمند ایرانی است که از سوی کمپانی گوگل در این پژوهش، همکاری کرده است. وی، مسولیت ساخت مدارهای ابررسانا برای محاسبات کوانتومی را برعهده داشت.

در این مقاله، دانشمندان طرحی پیشنهاد دادند که می تواند حالت های کوانتومی چند فوتون را در امتداد خطی از مدارهای کوانتومی مینیاتوری، با اطمینان، انتقال دهد. شبیه سازی ها نشان می دهند که این طرح می تواند حالت سه فوتونی را از یک مکان مدار به بیش از ده ها مکان بعدی، حرکت دهد: ذرات همراه با یکدیگر در سرتاسر مدار حرکت می کنند و در نهایت در سمت دیگر، بدون هیچ آشفتگی و پخش شدگی ظاهر می شوند.

این پژوهش مبتنی بر ایده های دیوید تیولس است، کسی که امسال به خاطر کارش در اثرات توپولوژیکی مواد، برنده جایزه نوبل فیزیک ۲۰۱۶ شد. اثرات توپولوژیکی با هندسه سروکار دارند و استفاده از آنها در محاسبات کوانتومی می تواند به حفظ حالت های کوانتومی شکننده در طول پردازش کمک کند. یکی از ایده های بزرگ تیولس، اختراع پمپ توپولوژیکی بود. پمپ توپولوژیکی چیزی شبیه به یک پیچ ارشمیدس است. پیچ ارشمیدس، وسیله ای برای بالا کشیدن آبهای زیرزمینی بود. ساختار پیچ ارشمیدس به شکل لوله ای مارپیج بود که محوری با زاویه ۴۵ درجه داشت (شکل زیر).

پیچ ارشمیدس برای گروه کردن ذرات کوانتومی
پیچ ارشمیدس الهام بخش دانشمندان برای پمپ توپولوژیکی ذرات کوانتومی

اما حرکت ذرات کوانتومی، دقیقا به شکل پیچ ارشمیدس نیست، در واقع در پیچ ارشمیدش، آب به صورت دوره ای حرکت می کند، در حالیکه ذرات کوانتومی در پمپ توپولوژیکی در امتداد یک خط حرکت می کنند. در طرح پیشنهادی دانشمندان، این پیج یک ساختار فیزیکی نیست، بلکه یک میدان خارجی ارتعاشی است که روی ذرات اعمال می شود و می توان آن را کنترل کرد. دانشمندان در سال ۲۰۱۵، این اثر (پمپ توپولوژیکی) را برای ذرات بدون برهمکنش و جداگانه ثابت کردند، اما آنها می خواستند بدانند آیا این پمپ توپولوژیکی در مورد گروهی از ذرات که به طور همدوس، حرکت می کنند، امکان پذیر است یا نه؟ پاسخ مثبت بود!

داستان به اینجا ختم نشد: برخلاف پمپ ارشمیدش که می تواند آب را فقط در یک جهت جرکت دهد، ذرات کوانتومی در پمپ توپولوژیکی می توانند حتی به طور معکوس، حرکت کنند؛ درست مانند مون واک (رقص مشهوری که اجرای آن را به وفور توسط مشهورترین مرد تاریخ موسیقی، یعنی مایکل جکسون، دیده ایم. در این تکنیک، فرد پاهای خود را به طرز خاصی به عقب هل می دهد، به گونه ای که تماشاچی حس می کند، رقصنده در حال حرکت به عقب است). بنابراین در پیچ توپولوژیکی، برخلاف پیچ ارشمیدس، ذرات کوانتومی به عقب حرکت می کرده و به شیوه مون واک می رقصند!

دانلود مقاله اصلی به صورت PDF

زاده ی اردیبهشت ۶۹ و دانشجوی دکترای شیمی کوانتوم محاسباتی در دانشگاه شهید بهشتی است.او علاقمند به دنیای کوانتوم، تکنولوژی، فوتبال و موسیقی (رپ/راک) بوده و علاوه بر سردبیری دیپ لوک، به طراحی وب و نویسندگی در گجت نیوز، بیگ تم و ماهنامه GB جی اس ام مشغول است.

گفتگو۲ دیدگاه

ارسال نظر


*