دویست بار بار سریعتر از همیشه در قبل

سریع ترین عملیات کوانتومی تاکنون

فیزیکدانان یک نسخه فوق العاده سریع بلوک ساختمانی مرکزی یک کامپیوتر کوانتومی را ساخته اند. این تحقیق، نتیجه‌ی نقطه عطفیِ یک دیدگاه است که دانشمندان بیست سال پیش طرح ریزی کردند.
سه‌شنبه، 8 مرداد 1398
تخمین زمان مطالعه:
پدیدآورنده: علی رضایی میر قائد
موارد بیشتر برای شما
سریع ترین عملیات کوانتومی تاکنون
اعتبار: © Vitaly / Adobe Stock
 

گزارش کامل

گروهی از دانشمندان به رهبری استرالیاییِ منتخب سال 2018، پروفسور میخائیل سیمونز، به اولین دروازه دو کوبیتی بین کوبیت های اتمی در سیلیکون دست یافتند. این یک نقطه عطف بزرگ در تلاش تیم برای ساخت یک رایانه کوانتومی در مقیاس اتمی است. بخش اصلی تحقیق در مجله طبیعت منتشر شد.
 
یک دروازه دو کوبیتی بلوک ساختمانی مرکزی هر رایانه کوانتومی است - و نسخه تیم UNSW سریعترین آن است که تاکنون در سیلیکون نمایش داده شده است و عملیاتی را در 0.8 نانو ثانیه کامل می کند که تقریباً 200 بار سریعتر از دیگر دروازه های دو کوبیتی مبتنی بر اسپین موجود است.
 
در رویکرد گروه سیمونز، یک دروازه دو کوبیتی عملیاتی بین دو اسپین الکترونی است – که قابل مقایسه است با نقشی که دروازه های منطق کلاسیکی در الکترونیک مرسوم بازی می کنند. برای اولین بار تیم با نزدیکتر از قبل قرار دادنِ کوبیت های دو اتمی به یکدیگر، و سپس، به صورت بلادرنگ، با مشاهده و اندازه گیری قابل کنترل حالت های اسپین آنها، توانست یک دروازه دو کوبیتی را بسازد.
 
رویکرد منحصر به فرد این تیم برای محاسبات کوانتومی نیازمندِ نه تنها قرار دادن کوبیت‌های اتمی منفرد در سیلیکون است، بلکه تمام مدارهای مرتبط برای شروع، اقدام به کنترل و باز خوانی کوبیت‌ها در مقیاس نانو می کنند - مفهومی که نیاز به چنان دقت عالی‌ای دارد که مدت ها تصور می شد غیر ممکن است. اما با این نقطه عطف اصلی، تیم در حال حاضر در موقعیتی است که فناوری خود را به پردازنده های مقیاس پذیر برگرداند.
 
پروفسور سیمونز، مدیر مرکز تعالی محاسبات و فناوری ارتباطات کوانتومی (CQC2T) و بنیانگذار محاسبات کوانتومی سیلیکونی Pty Ltd می گوید که دهه گذشته مربوط به نتایج قبلی، تیم را کاملا به سوی تغییر مرزهای آنچه که "توسط انسان غیر ممکن" تصور می شد سوق داد.
 
او می گوید "کوبیت های اتمی دارای رکورد جهانی برای طولانی ترین زمان های چسبیدگی یک کوبیت در سیلیکون با بالاترین وفاداری‌ها به اصل ست." ما تاکنون واقعا نشان داده ایم که کنترل جهان در مقیاس اتمی امکان پذیر است "با استفاده از فن آوری های ساخت منحصر به فرد ما، تاکنون توانایی خواندن و راه اندازی اسپین های الکترونی منفرد را بر روی کوبیت های اتمی در سیلیکون با دقت بسیار بالا نشان داده ایم. همچنین نشان داده ایم که مدارات مقیاس اتمی ما، در مقایسه با هر سیستمی که تاکنون برای اتصال به یک کوبیت نیمه رسانا تدبیر شده است، دارای کمترین نویز الکتریکی است."
 
"بهینه سازی هر جنبه ای از طراحی دستگاه با دقت اتمی، اکنون ما را قادر به ساخت یک دروازه دو کوبیتی واقعاً سریع و بسیار دقیق، که بلوک ساختمانی پایه ای از یک کامپیوتر کوانتومی مبتنی بر سیلیکون مقیاس پذیر است، کرده است."
 
"ما تاکنون واقعا نشان داده ایم که کنترل جهان در مقیاس اتمی امکان پذیر است - و این که منافع این رویکرد قابل تغییر شکل است، از جمله در مورد سرعت قابل توجهی که در آن سیستم ما کار می کند."
 
رئیس UNSW Science، پروفسور اِما جانستون AO، می گوید که این مقاله کلیدی به علاوه درست نشان می دهد که تحقیق پروفسور سیمونز چقدر اصلی و مهم است.
 
"این یکی از نقاط عطف نهایی تیم میخائیل بود که نشان دهد که آنها واقعاً می توانند کامپیوتر کوانتومی خود را با استفاده از کوبیت های اتمی بسازند. هدف بزرگ بعدی آنها ساخت یک مدار مجتمع کوانتومی 10 کوبیتی است و ما امیدواریم که در عرض 3-4 سال به آن برسند."
 

برخاستن و نزدیک شدن به کوبیت‌ها - مهندسی با دقت فقط یک هزار میلیونم متر

با استفاده از یک میکروسکوپ تونل زنی روبشی برای در محل گذاری دقیق و در کپسول نهی اتم های فسفر در سیلیکون، تیم ابتدا باید فاصله مطلوب بین دو کوبیت را برای مقدور ساختن عملیات حیاتی از کار در می آورد.
 
همکار مؤلف رهبر مطالعه، سام گورمن از CQC2T، می گوید: "تکنیک ساخت ما به ما رخصت می‌دهد که کوبیت ها را دقیقا در همان جایی که می خواهیم آنها باشند قرار دهیم. این به ما اجازه می دهد تا دروازه دو کوبیتی مان را مهندسی کنیم که تا جایی که ممکن است، سریع باشد."
 
"ما نه تنها کوبیت ها را از زمان آخرین پیشرفت غیر منتظره مان به هم نزدیک تر کردیم، بلکه یاد گرفته ایم که هر جنبه ای از طراحی دستگاه را با دقت زیر نانومتری کنترل کنیم تا بتوانیم وفاداری زیاد به اصل را حفظ کنیم."
 

مشاهده و کنترل تعامل‌های کوبیتی به صورت بلادرنگ

سپس تیم توانست اندازه گیری کند که چگونه حالت های کوبیت ها تکامل یافت که به صورت بلادرنگ عمل کند. و هیجان انگیزتر از همه این که محققان نشان دادند که چگونه قدرت تعامل بین دو الکترون را در مقیاس زمانی نانو ثانیه کنترل کنند.
 
یکی دیگر از همکاران مؤلف رهبر گروه، یوهی، می گوید: "مهم این که ما توانستیم الکترون های کوبیت را به هم نزدیکتر یا دورتر کنیم، و به طور مؤثر تعامل بین آنها را روشن و خاموش کنیم، که این یک پیش نیاز برای دروازه کوانتومی است."
 
محدودیت سفت الکترون های کوبیت، که برای رویکرد ما منحصر به فرد است، و نویز پایین ذاتی در سیستم ما، ما را قادر ساخت تا سریعترین دروازه دو کوبیتی تاکنون را در سیلیکون به نمایش بگذاریم."
 
"دروازه کوانتومی که به نمایش گذاشتیم، به اصطلاح دروازه SWAP، همچنین به طور ایده آل وفق داده شد با اطلاعات کوانتومی رفت و برگشت کننده بین کوبیت‌ها -- و هنگامی که با یک دروازه کوبیتی منفرد ترکیب می شد به شما اجازه می داد هر الگوریتم کوانتومی را اجرا کنید."
 

آیا چیزی از عدم امکان فیزیکی وجود دارد؟ دیگر نه.

پروفسور سیمونز می گوید این نقطه اوج ارزش کار دو دهه است.
 
او می گوید: "این یک پیشرفت عظیم است: قادر بودن به کنترل طبیعت در کوچک ترین سطح آن، به طوری که بتوانیم تعاملاتی بین دو اتم ایجاد کنیم اما همچنین به طور جداگانه با هر یک از آنها بدون مزاحمت برای دیگری صحبت کنیم، باور نکردنی است. بسیاری از مردم فکر می کردند انجام این امر نمی تواند ممکن باشد."
 
"نوید همیشه این بوده است که اگر بتوانیم جهان کوبیت را در این مقیاس کنترل کنیم، آنها سریع خواهند بود و مطمئنا هم اکنون چنین هستند!"
 
منبع: دانشگاه نیو ساوت ولز
تبلیغات در راسخون
مقالات مرتبط
ارسال نظر
با تشکر، نظر شما پس از بررسی و تایید در سایت قرار خواهد گرفت.
متاسفانه در برقراری ارتباط خطایی رخ داده. لطفاً دوباره تلاش کنید.
موارد بیشتر برای شما
تاج‌گذاری علیرضا یوسفی در جهان
play_arrow
تاج‌گذاری علیرضا یوسفی در جهان
پارک ملی هوافضا؛ نمایش دستاوردهای نیروهای مسلح
play_arrow
پارک ملی هوافضا؛ نمایش دستاوردهای نیروهای مسلح
سردار بلالی: نیروهای مسلح مثل مردم در میدان هستند
play_arrow
سردار بلالی: نیروهای مسلح مثل مردم در میدان هستند
برگزاری دادگاه رسیدگی به پرونده جنگ ۱۲ روزه
play_arrow
برگزاری دادگاه رسیدگی به پرونده جنگ ۱۲ روزه
افشاگری میثاقی: دلیل عصبانیت یاسر آسانی توهینی بود که آقای ایلدروم به او کرده بود + فیلم
play_arrow
افشاگری میثاقی: دلیل عصبانیت یاسر آسانی توهینی بود که آقای ایلدروم به او کرده بود + فیلم
توضیح یاسر آسانی درباره اتفاق منجر به اخراجش در گفتگو با عادل فردوسی‌پور + فیلم
play_arrow
توضیح یاسر آسانی درباره اتفاق منجر به اخراجش در گفتگو با عادل فردوسی‌پور + فیلم
واکنش روبیو به کلیدخوردن استیضاح هگست + فیلم
play_arrow
واکنش روبیو به کلیدخوردن استیضاح هگست + فیلم
وزیر خارجه آلمان: ایران باید برنامه غنی‌سازی را کنار بگذارد + فیلم
play_arrow
وزیر خارجه آلمان: ایران باید برنامه غنی‌سازی را کنار بگذارد + فیلم
هگست: نمی‌توانیم اجازه دهیم ایران به بمب اتمی دست یابد + فیلم
play_arrow
هگست: نمی‌توانیم اجازه دهیم ایران به بمب اتمی دست یابد + فیلم
کوثری: در صورت تصمیم به ساخت سلاح اتمی، در کوتاه‌ترین زمان آن را تولید می‌کنیم + فیلم
play_arrow
کوثری: در صورت تصمیم به ساخت سلاح اتمی، در کوتاه‌ترین زمان آن را تولید می‌کنیم + فیلم
جابه‌جایی سروناز ۲۵۰ساله در شیراز + فیلم
play_arrow
جابه‌جایی سروناز ۲۵۰ساله در شیراز + فیلم
تد کروز: ترامپ می‌خواهد به سرعت جنگ ایران را به پایان برساند + فیلم
play_arrow
تد کروز: ترامپ می‌خواهد به سرعت جنگ ایران را به پایان برساند + فیلم
پرتاب انسان به آسمان با استفاده از دودکش + فیلم
play_arrow
پرتاب انسان به آسمان با استفاده از دودکش + فیلم
بلینکن: برای پایان جنگ، باید به ایران امتیاز بدهیم + فیلم
play_arrow
بلینکن: برای پایان جنگ، باید به ایران امتیاز بدهیم + فیلم
معاون رئیس‌جمهور: پلیس موظف به صدور گواهینامه موتورسیکلت برای بانوان است + فیلم
play_arrow
معاون رئیس‌جمهور: پلیس موظف به صدور گواهینامه موتورسیکلت برای بانوان است + فیلم