رکورد کوانتومی جدید فنلاند

یک میلی‌ثانیه ممکن است زیاد به نظر نرسد، اما برای یک کیوبیت، یک عمر است. این موفقیت می‌تواند رایانش کوانتومی را بسیار قابل اعتمادتر کند.

به گزارش ایسنا به نقل از آی‌ای، گروهی از محققان در فنلاند رکورد جهانی جدیدی را برای مدت زمانی که یک بیت کوانتومی معروف به کیوبیت می‌تواند اطلاعات خود را حفظ کند، ثبت کرده‌اند.

آنها زمان همدوسی یک کیوبیت ترانسمان ابررسانا را در بهترین حالت به یک میلی‌ثانیه کامل، با میانگین زمان نیم میلی‌ثانیه رسانده‌اند. این زمان ممکن است کوتاه به نظر برسد، اما در دنیای رایانش کوانتومی یک پیشرفت بزرگ است که می‌تواند این حوزه را متحول کند.

زمان‌ همدوسی(coherence) طولانی‌تر به این معنی است که کیوبیت‌ها می‌توانند عملیات بیشتری را اجرا کنند و رایانه‌های کوانتومی می‌توانند محاسبات بیشتری را قبل از شروع بروز خطاها انجام دهند.

نویسندگان این مطالعه خاطرنشان می‌کنند: یک کیوبیت با همدوسی بالا به جامعه تحقیقاتی سود می‌رساند و تلاش‌های جهانی برای توسعه حسگرهای کوانتومی، شبیه‌سازهای کوانتومی و رایانه‌های کوانتومی مبتنی بر فناوری‌های کوانتومی ابررسانا را تسریع می‌کند.

راه رسیدن به یک کیوبیت ابررسانای پایدار

کیوبیت‌ها بسیار ظریف هستند. آنها به راحتی حالت کوانتومی خود را از طریق تعامل با محیط خود از دست می‌دهند، مشکلی که «واهمدوسی»( decoherence) نامیده می‌شود. سال‌هاست که دانشمندان در سراسر جهان در تلاشند کیوبیت‌هایی بسازند که بتوانند به اندازه کافی پایدار بمانند تا محاسبات پیچیده را انجام دهند.

پیش از این، بهترین زمان‌های همدوسی گزارش شده برای کیوبیت‌های ترانسمان (نوع محبوبی که در بسیاری از آزمایشگاه‌ها استفاده می‌شود) حداکثر حدود ۰.۶ میلی‌ثانیه بود. فراتر رفتن از این مقدار بسیار دشوار بوده است، زیرا حتی ذرات کوچک نویز در مواد یا تنظیمات اندازه‌گیری می‌تواند باعث فروپاشی حالت کوانتومی شود.

محققان دانشگاه آلتو در فنلاند برای غلبه بر این مشکل، نوع جدیدی از کیوبیت ترانسمان را با همدوسی غیرمعمول بالا طراحی کردند و ساختند. آنها از نوارهای ابررسانای فوق‌العاده تمیز استفاده کردند و یک تراشه را در یک محیط تمیز و بسیار کنترل‌شده ساختند.

آنها با استفاده از لیتوگرافی پرتو الکترونی (تکنیکی که برای ترسیم الگوهای ریز روی تراشه استفاده می‌شود) مدارها را با دقت حکاکی کردند و اتصالات حیاتی جوزفسون را که مانند مغز کیوبیت عمل می‌کنند، به طور دقیق ساختند.

محققان همچنین توجه ویژه‌ای به اکسیداسیون و خلوص مواد داشتند تا انواع نقص‌های میکروسکوپی که معمولاً باعث خرابی زودهنگام کیوبیت‌ها می‌شوند را کاهش دهند. پس از ساخت تراشه، با استفاده از یخچال مخصوص تا نزدیک به صفر مطلق خنک شد.

این دمای پایین به محافظت از حالت کوانتومی شکننده کمک می‌کند. برای اندازه‌گیری عملکرد، آنها از یک تقویت‌کننده تخصصی استفاده کردند که سیگنال‌های کوانتومی ضعیف را بدون اضافه کردن نویز اضافی دریافت می‌کند. در میان چهار کیوبیت روی تراشه، یکی به نام Q2 عملکرد فوق‌العاده خوبی داشت.

این کیوبیت حداکثر زمان همدوسی کمی بیش از یک میلی‌ثانیه را با مقدار متوسط حدود 0.5 میلی‌ثانیه نشان داد که بسیار طولانی‌تر از اکثر دستگاه‌های گزارش شده قبلی است. حتی بهتر از آن، این نتایج در آزمایش‌های متعدد تکرار شد و ثابت کرد که این روش قابل اعتماد است.

نویسندگان این مطالعه افزودند: این نتیجه با نزدیک شدن به علامت میلی‌ثانیه برای زمان‌های آرامش انرژی و فاززدایی یک کیوبیت ترانسمان، گامی مهم در توسعه کیوبیت‌های ابررسانا با انسجام بالاست.

گام بعدی چیست؟

این گامی بزرگ به سوی کاربردی‌تر کردن رایانه‌های کوانتومی است. کیوبیت‌های بادوام‌تر می‌توانند عملیات بیشتری را قبل از از دست دادن اطلاعات انجام دهند که به معنای خطاهای کمتر و نیاز کمتر به تکنیک‌های پیچیده تصحیح خطا است.

با این حال، گسترش این امر به سیستم‌های کوانتومی بزرگ هنوز چالش‌های زیادی را در بر دارد. دلیل این امر این است که قرار دادن کیوبیت‌های ترانسمان زیاد روی یک تراشه برای حفظ انسجام میلی‌ثانیه‌ای هر کدام بسیار پیچیده‌تر از کار با چند کیوبیت و دستیابی به انسجام یک میلی‌ثانیه‌ای برای یک کیوبیت واحد خواهد بود.

اینکه محققان چگونه بر این مشکل غلبه خواهند کرد، هنوز مشخص نیست. در حال حاضر، آنها برای کمک به دیگران در ساخت کار خود، تمام جزئیات ساخت، طرح‌ها و پروتکل‌های اندازه‌گیری خود را آشکارا به اشتراک گذاشته‌اند و امیدوارند این تلاش‌ها دانشمندان را به کاربردی‌تر کردن فناوری‌های کوانتومی نزدیک‌تر کند.

این مطالعه در مجله Nature Communications منتشر شده است.

تصاویری از بارش باران در حرم مطهر امام رضا

بیشتر بخوانید:

فنلاند باسوادترین کشور دنیا است/ بریتانیا در رتبه هفدهم

تماشاخانه

موج برکناری زنان متخصص در میراث فرهنگی ایران / غیر متخصصین همچنان بر صندلی قدرت نشسته‌اند

ببینید آتش‌سوزی‌های صنعتی و تجاری در ایران / طی یک ماه بیش از ۳ آتش‌سوزی / نشت گاز ، سهل‌انگاری یا عمدی؟

فیلم های دیگر