شناسایی راهی مطمئن برای ارتقای پردازش اطلاعات کوانتومی

شناسایی راهی مطمئن برای ارتقای پردازش اطلاعات کوانتومی



شناسایی راهی مطمئن برای ارتقای پردازش اطلاعات کوانتومی

امروزه کامپیوتر‌ها‌ی کوانتومی و پردازش داده‌ها‌ی کوانتومی کمک بسیاری به پیشرفت محاسبات و ارتباطات می‌کنند. دانشمندان به دنبال راه‌ها‌ی ارتقای این نوع از پردازش داده هستند.

تیمی از پژوهشگران موسسه‌ی انرژی Oak Ridge راه تازه‌ای برای جدا کردن مد‌ها‌ی فرکانسی نور پیدا کرده‌اند. دانشمندان می‌توانند فرکانس مورد نظر خود را انتخاب کنند و فوتون‌ها را با اطلاعات کوانتومی کد‌گذاری کنند. کار این پژوهشگران باعث پیشرفت پردازش داده‌ها‌ی کوانتومی و جفت‌شدگی کوانتومی خواهد‌شد.

فرکانس نور، رنگ آن رامشخص می‌کند. زمانی که فرکانس‌ها از یکدیگر جدا شوند، درست مانند اتفاقی که در رنگین‌کمان رخ می‌دهد، هر رنگ از فوتون‌ها را می‌توان از طریق داده‌ها‌ی کوانتومی کدگذاری کرد. به این صورت که هر کدام از فوتون‌ها به صورت واحدی به نام کیوبیت دریافت می‌شود. کیوبیت بسیار شبیه بیت است اما تفاوت‌ها‌یی نیز دارد. از جمله این‌که هر‌کدام از بیت‌ها با مقدار عددی صفر یا یک تعیین می‌شوند اما کیوبیت‌ها با صفر و یک به‌صورت هم‌زمان مشخص می‌شوند.

پژوهشگران به اطلاعات کوانتومی بسیار علاقه‌مند هستند؛ چرا که در پردازش کلاسیکی اگر در یک راهرو به دو‌راهی برسید، ناپار به انتخاب یکی از راه‌ها هستید ولی در پردازش اطلاعات کوانتومی، می‌توانید هر دو راه را به‌صورت هم‌زمان انتخاب کنید.

مهم‌ترین دستاورد این تیم تحقیقاتی، ابزاری است که نور را به سه فرکانس مجزا تقسیم می‌کند. داده‌ها‌ی آزمایشگاهی توافق خوبی با پیش‌بینی‌ها‌ی انجام شده داشت و نشان داد که تعداد زیادی از پردازش‌ها‌ی داده‌ها‌ی کوانتومی، می‌توانند بدون خطا و به‌صورت هم‌زمان صورت گیرند. سیستم کوانتومی، در شرایط پیچیده بدون بر‌هم زدن کد‌ها‌ی اطلاعاتی، عمل می‌کند.

به‌گفته‌ی نیکلاس پیترز، رهبر ارتباطات کوانتومی تیم اطلاعات کوانتومی ORNL:

شرایط آزمایشگاهی ما باعث کم‌تر شدن خطای آزمایش‌ها تا ده برابر حد معمول شده است. این شرایط باعث شده است که راهکار ما روشن‌کننده‌ی ادامه‌ی راه برای پردازش داده‌ها‌ی کوانتومی شود.

فوتون‌ها می‌توانند اطلاعات کوانتومی را به‌صورت ابر‌جایگزیده حمل کنند. به این گونه که هر فوتون می‌تواند چند مقدار بیت را به‌صورت هم‌زمان داشته باشد و وجود چند سیستم کوانتومی در یک حالت، می‌تواند به در‌هم‌تنیدگی منجر شود. در‌هم‌تنیدگی، یکی از مفاهیم کلیدی محاسبات مکانیک کوانتومی است.

در‌هم‌تنیدگی باعث می‌شود که چند عمل مختلف در یک کامپیوتر کوانتومی به‌صورت هم‌زمان انجام شود و تلاش تیم برای ایجاد حالت‌ها‌ی فرکانسی پیچیده‌ی بیش‌تر، به قدرت‌مندتر شدن شبیه‌سازی‌ها‌ی کوانتومی منجر می‌شود. راهکار این تیم تحقیقاتی، بسیار قابل توجه است چرا که یکی از مدار‌ها‌ی اصلی برای محاسبات کوانتومی جهانی را معرفی می‌کند. پاول لاگاوسکی، یکی از اعضا‌ی اصلی پروژه گفت:

ما می‌توانستیم نتایج خود را با دقت بسیار بالا گزارش دهیم. این نتایج برای اهداف اپتیکی بسیار موثر خواهند بود. ما اینجا در ORNL در زمینه‌ی کد‌گذاری فرکانسی، اثر ماندگاری به‌جا خواهیم گذاشت.

نتایج دقیق این راهکار، روی تکنولوژی ارتباطات از راه دور تاثیر بسیار خواهد گذاشت. از دیگر فواید این کار، پیشرفت تکرار‌کننده‌ها‌ی کوانتومی است به این صورت که اطلاعات کوانتومی می‌توانند بین کامپیوتر‌ها‌ی فیزیکی مستقل، مبادله شوند. لاگاوسکی گفت:

یکی از نکات مثبت راهکار ما قابلیت ارتباط از راه دور است. ما می‌توانیم عملیات کوانتومی را از راه دور نیز انجام دهیم.

ویگنر فلو جوزف لاکنز، رهبر آزمایش ORNL گفت:

در کار ما از ویژگی مثبت بسیار مهم فرکانس، یعنی ثبات آن برای دست‌یابی به دقت بالا استفاده می‌شود و می‌توانیم در مواقع ضروری، فرکانس را تغییر دهیم.

پژوهشگران به صورت تجربی نشان داده‌اند که یک سیستم کوانتومی می‌تواند برای رسیدن به هدف مورد نظر، تغییر کند.

پیترز، لاگاوسکی و لاکنز، همه‌ی فیزیکدانان اطلاعات کوانتومی ORNL با همکاری پروفسور اندرو وینر و همکارانش در دانشگاه Purde این پروژه را در ژانویه ۲۰۱۷ در Optica منتشر کردند.