فیزیکدانان قطعه‌ای ضروری برای کامپیوتر‌های کوانتومی را اختراع کردند

دانشمندان کاربردی از فاز جدید ماده که توسط برنده‌شدگان نوبل فیزیک ۲۰۱۶ کشف شده بود، یافتند. این کشف جدید ما را به تحقق کامپیوترهای کوانتومی نزدیک‌تر می‌کند.

قطعه‌ای ضروری برای کامپیوتر‌های کوانتومی

جایزهٔ نوبل فیزیک ۲۰۱۶ به سه دانشمند بریتانیایی برای تحقیقاتشان بر روی ابررساناها و ابرشاره‌ها، که شامل توضیح دربارهٔ فازهایی نسبتاً عجیب از ماده بود، تعلق گرفت.

اکنون برای اولین بار پس از کشف آن‌ها عملاً به کار گرفته شده‌اند؛ کوچک کردن یک قطعهٔ الکتریکی به اندازه‌ای که به کامپیوترهای کوانتومی کمک می‌کند به مقیاسی قابل‌استفاده دست یابند.

گروهی از دانشمندان دانشگاه سیدنی و مایکروسافت با همکاری با دانشگاه استنفورد در ایالات متحده، از فازهای جدید ماده – عایق توپولوژیک – برای کاهش اندازهٔ قطعه‌ای الکتریکی به نام circulator (انتشارگر) به اندازهٔ ۱۰۰۰برابر استفاده کرده‌اند.

این خبر بسیار خوبی است به‌خصوص وقتی که بتوان کیوبیت‌های (بیت‌های کوانتومی) بیشتری را در فضای کوچک‌تر جا داد.

اگر در جریان جنجال‌های سال گذشته نبودید باید اشاره شود که سه فیزیکدان برای کشف برخی مواد که تحت شرایط خاصی جریان الکتریکی را از سطح خود عبور می‌دادند، در حالی که درون آن‌ها نارسانا باقی می‌ماند، جایزهٔ نوبل را از آن خود کردند.

مهم‌تر از همه، آن‌ها موادی را  یافتند که در آن‌ گذار ماده بین حالت‌های مختلف، برخلاف گذار فاز آب به یخ یا بخار، بدون شکستن تقارن صورت می‌گیرد.

زمانی که قطعات الکتریکی را به اندازهٔ مقیاس‌های اتمی کوچک می‌کنیم، حرکت الکترون‌ها در ابعاد مختلف اهمیت بیشتری می‌یابد.

کیوبیت یک قطعهٔ الکترونیکی است که می‌تواند از تعداد نامحدودی احتمال برای انجام محاسبات استفاده کند در حالی که کامپیوترهای کلاسیک قادر به انجام آن محاسبات نیستند.

اکنون دانشمندان می‌توانند کیوبیت‌ها را به روش‌های مختلفی بسازند و همچنین در حال کسب مهارت در اتصال هر تعداد آن‌ها به یکدیگرند .

اما کاهش اندازهٔ کیوبیت‌ها تا حدی که بتوان صدتا از آن‌ها را در فضایی کوچک قرار داد چالشی بزرگ است.

قطعه‌ای ضروری برای کامپیوتر‌های کوانتومی

دیوید ریلی، فیزیکدان دانشگاه سیدنی و مدیر ایستگاه کیو مایکروسافت (Director Of Microsoft Station Q)، گفت:

حتی اگر امروز میلیون‌ها کیوبیت داشته باشیم، مشخص نیست که تکنولوژی کلاسیک برای کنترل آن‌ها وجود داشته باشد.

وی افزود:

برای تحقق  کامپیوتر کوانتومی در مقیاس بزرگ نیاز به اختراع دستگاه‌ها و تکنیک‌های جدید داریم که رابط فیزیک کلاسیک و کوانتوم باشند.

یکی از این دستگاه‌ها  circulator نام دارد که به نوعی مانند یک میدان برای سیگنال‌های الکتریکی عمل می‌کند که اطلاعات را در یک جهت خاص هدایت می‌کند.

تا به امروز، کوچک‌ترین نسخهٔ این سخت‌افزار به اندازهٔ کف دست است. دانشمندان نشان داده‌اند که یک تراشهٔ مغناطیسی ساخته‌شده از عایق توپولوژیکی خاص می‌تواند کار circulator را انجام دهد و می‌تواند ۱۰۰۰برابر کوچک‌تر از قطعات کنونی باشد.

Alice Mahoney ، کارشناس ارشد این گروه مطالعاتی، گفت:

چنین انتشارگرهای کوچکی می‌تواند در انواع مختلف سیستم‌های سخت‌افزاری کوانتومی به طور عمومی مورد استفاده قرار گیرد.

این‌ها بیشتر وعده است و هنوز عملی نشده‌است؛ اما اگر شاهد پیشرفت‌هایی مانند آنچه در بالا اشاره شد باشیم، طولی نمی‌کشد تا اخبار مربوط به حل مسائلی توسط کامپیوترهای کوانتومی که بهترین ابرکامپیوترها از حل آن‌ها عاجزند بشنویم.

درباره نویسنده