3:00 ص
فيزياء الطبيعه
في السنوات القادمة ، قد تتمكن أجهزة الكمبيوتر الكمومية وشبكات الكم من معالجة المهام التي يتعذر الوصول إليها بواسطة أنظمة الكمبيوتر التقليدية. على سبيل المثال ، يمكن استخدامها لمحاكاة المسألة المعقدة أو تمكين الاتصالات الآمنة بشكل أساسي.
تُعرف اللبنات الأساسية لأنظمة المعلومات الكمومية بالبتات. لكي تصبح التكنولوجيا الكمية حقيقة ملموسة ، سيحتاج الباحثون إلى تحديد استراتيجيات للتحكم في العديد من البتات مع معدلات دقة عالية للغاية.
لقد أظهرت تدفقات الجسيمات الفردية في المواد الصلبة ، مثل الإلكترونات والنواة ، وعدًا كبيرًا مؤخرًا بتطوير شبكات الكم. في حين أن بعض الباحثين تمكنوا من إثبات وجود تحكم أولي في هذه البتات ، حتى الآن ، لم يبلغ أحد عن حالات كم متشابكة تحتوي على أكثر من ثلاثة لفات.
من أجل الوصول إلى القوة الحسابية اللازمة لإكمال المهام المعقدة ، يجب أن تكون السجلات الكمومية أكبر بكثير من السجلات المحققة حتى الآن. ومع ذلك ، فإن التحكم في الدوران الفردي داخل الأنظمة الكمومية المعقدة والمتفاعلة بقوة أثبت أنه يمثل تحديًا كبيرًا حتى الآن.
في الآونة الأخيرة ، أظهر فريق من الباحثين في TU Delft و Element Six بنجاح سجل دوران يبلغ طوله عشرة كيلوبت يمكن التحكم فيه بالكامل مع ذاكرة كمي تصل إلى دقيقة واحدة. نتائجهم ، المقدمة في ورقة نشرت في دورية Physical Review X ، يمكن أن تمهد الطريق لتطوير سجلات كمية أكبر ويمكن السيطرة عليها ، مما يفتح في نهاية المطاف إمكانيات جديدة مثيرة للحوسبة الكمية.
وقال تيم تامينياو ، أحد الباحثين الذين أجروا الدراسة ، لـ Phys.org عبر البريد الإلكتروني: "كان الهدف الرئيسي من دراستنا هو تحقيق نظام يتم التحكم فيه بدقة بكمية كبيرة من البتات باستخدام ذرات الذرات الموجودة في الماس". . "هذه الدورات تدور في البتات الكمية لحساب الشبكات الكمومية والشبكات الكمومية ، ولكن النتائج السابقة كانت تقتصر على عدد قليل من البتات. التحدي الرئيسي المفتوح هو أنه من ناحية ، يجب أن تقترن جميع الدورات في النظام لتعمل كجهاز ومع ذلك ، فإن هذا الأمر يجعل من الصعب التحكم فيهم بشكل انتقائي بدقة عالية. "
قام Taminiau وزملاؤه بتطوير طريقة جديدة تمامًا للتحكم في وحدات البت المتعددة. تستخدم هذه التقنية كمية دوران الدوران الإلكتروني للتحكم بشكل انتقائي في العديد من وحدات الدوران النووي الفردية ، مع فصلها في وقت واحد وبالتالي حمايتها من التفاعلات غير المرغوب فيها في النظام.
باستخدام طرقهم ، تمكن الباحثون من التحكم في عدد أكبر بكثير من الدورات مقارنة بالدراسات السابقة ، بدقة عالية بشكل ملحوظ. طبقوا أسلوبهم على نظام يتكون من 10 يدور مرتبطة بمركز شاغر النيتروجين (NV) في الماس. يحتوي مركز NV هذا على دوران إلكتروني يوفر qubit مما يمكن قراءته بصريًا (أي يمكن تحديد القيمة) ويمكن التحكم به بواسطة نبضات الموجات الصغرية.
صورة بصرية لرقاقة مماثلة لتلك المستخدمة في هذه الدراسة. الائتمان: برادلي وآخرون.
"يدور هذا الإلكترون الأزواج في الدوران النووي في البيئة ،" كونور برادلي ، وهو دكتوراه. وأوضح الطالب والمؤلف الرئيسي للدراسة. "أحد هذه التدريبات النووية هو الدوران النووي للنيتروجين الموجود في NV. إن الـ 8 وحدات الإضافية هي اللفات النووية للكربون -13 التي تدور حول NV. ومن الطبيعي أن حوالي 1.1 بالمائة من ذرات الكربون الموجودة في الماس هي carbon-13 ولها دوران. يمكن استخدامها كغريبة ، ذرات الكربون الأخرى هي الكربون 12 ولا تحمل أي دوران. "
على الرغم من أن الباحثين طبقوا أسلوبهم على نظام 10 كيلو بايت محدد ، إلا أنهم يعتقدون أنه يمكن تطبيقه أيضًا على أنظمة أخرى ، بما في ذلك مراكز الخلل الأخرى في كربيد الماس والسيليكون ، والنقاط الكمومية والمانحين في السيليكون. لكل من وحدات البت التي تستضيفها هذه الأنظمة الأخرى نقاط القوة الخاصة بها لاستكمال مجموعة متنوعة من المهام المعقدة.
وقال تامينياو: "إن الإنجاز الرئيسي لدراستنا هو نظام الكم ذو 10 أدوار يمكن أن يخزن المعلومات الكمومية لفترات طويلة تصل إلى 75 ثانية". "على الرغم من أن الباحثين الآخرين كانوا قادرين على تحقيق نتائج مماثلة مع أيونات محاصرة في الفراغ ، فإن هذا المزيج من العديد من البتات ، والتحكم الدقيق والذاكرة الكمومية طويلة العمر هي فريدة بالنسبة إلى البتات الكمومية القائمة على الرقائق."
يمكن أن يكون النظام الذي أظهره Taminiau وزملاؤه بمثابة لبنة أساسية لشبكات الكم الكبيرة حيث يتم توصيل العديد من مراكز NV ، كل منها يوفر عدة وحدات بت ، معًا بصريًا. وقد تم بالفعل تحديد هذه القدرة المحددة والتي أظهرها الباحثون في دراسة سابقة.
وقال تامينياو: "إلى جانب أهمية هذه الدراسة كدليل على نظم معلومات الكم الأكبر ، فإن هذا العمل يوفر أيضًا رؤى جديدة حول فك الارتباط - فقدان المعلومات الكمية - بالنسبة إلى الدورات في المواد الصلبة".
تسلط النتائج التي جمعها هذا الفريق من الباحثين الضوء على جدوى دراسة كيف تتشابك حالات التشابك متعددة البتات الدورانية ، وكذلك كيف يمكن للعلاقات في بيئة الضوضاء أن تلعب دورًا حيويًا في هذه العملية. الطريقة التي طوروا بها يفتح أيضا إمكانية جديدة من أجل الاستشعار الكمومي والتصوير الذري للذرات المنفردة ، حيث لا يكون الهدف هو التحكم في الدورات الدوائية بل اكتشافها ، من أجل جمع نظرة ثاقبة على عينات مثيرة للاهتمام للدراسات في الكيمياء والبيولوجيا وعلوم المواد.
في أبحاثهم المستقبلية ، يخطط Taminiau وزملاؤه لإظهار تقنية تسمى تصحيح الأخطاء الكمومية. يمكن لهذا النوع المعين من تصحيح الأخطاء أن يساعد في التغلب على جميع العيوب الحتمية للأنظمة الكمومية الموجودة ، مما يتيح في النهاية إنشاء أنظمة كمومية واسعة النطاق.
"سوف يتطلب ذلك تشفير حالات الكم عبر العديد من البتات ، وإجراء قياسات دقيقة للكشف عن الأخطاء وتصحيحها دون الإخلال بالمعلومات المشفرة" ، أضاف تامينياو. "كان هذا بعيدًا عن متناول أي نظام ، لكن نتائجنا الآن تجعل من الممكن متابعة هذا باستخدام يدور بالماس."
ليست هناك تعليقات: