تحقیقات راه را برای محاسبات کوانتومی کاملاً مبتنی بر نور باز می‌کند

منتشر شده در tomshardware به تاریخ ۲۸ دسامبر ۲۰۲۱
لینک منبع Research Opens the Door to Fully Light-Based Quantum Computing

تیمی از محققان با شرکت NTT ژاپن، دانشگاه توکیو و مرکز تحقیقات RIKEN از توسعه یک رویکرد کامل مبتنی بر فوتونیک برای محاسبات کوانتومی خبر داده‌اند. محققان با بهره‌گیری از خواص کوانتومی منابع نور فشرده، انتظار دارند کار آن‌ها راه را به سوی استقرار سریع‌تر و آسان‌تر سیستم‌های محاسباتی کوانتومی هموار کند و از بسیاری از دام‌های عملی و مقیاس‌پذیر سایر رویکردها اجتناب کند. علاوه بر این، تیم مطمئن است که تحقیقات آن‌ها می‌تواند به توسعه سیستم‌های محاسباتی کوانتومی در مقیاس بزرگ که عمدتاً بدون نیاز به تعمیر و نگهداری هستند، منجر شود.

رویکرد مبتنی بر نور به خودی خود مزایای بسیاری را در مقایسه با معماری محاسبات کوانتومی سنتی به ارمغان می‌آورد، که می‌تواند براساس تعدادی از رویکردها (یون‌های به‌دام‌افتاده، نقاط کوانتومی سیلیکونی، و ابررساناهای توپولوژیکی) باشد. با این حال، همه این روش‌ها تا حدی از دیدگاه فیزیک محدود هستند: همه آن‌ها نیاز به استفاده از مدارهای الکترونیکی دارند که منجر به گرمایش اهمی می‌شود (حرارت اتلافی که از سفرهای سیگنال‌های الکتریکی از طریق سیم‌کشی مقاومتی نیمه‌هادی حاصل می‌شود). در عین حال، فوتونیک به دلیل حرکت داده‌ها با سرعت نور، بهبودهای عظیمی در تاخیر ایجاد می‌کند.

محاسبات کوانتومی مبتنی بر فوتونیک از خواص کوانتومی نوظهور در نور بهره می‌برد. اصطلاح تکنیکی در اینجا فشردن است - هرچه منبع نور فشرده‌تر باشد، رفتار کوانتومی بیشتری را نشان می‌دهد. در حالی که قبلا تصور می‌شد که حداقل سطح فشردگی بیش از ۶۵٪ برای باز کردن خواص کوانتومی لازم است، محققان به ضریب بالاتر و ۷۵٪ در آزمایش‌ها خود دست یافتند. در عمل، سیستم کوانتومی آن‌ها باند فرکانسی بالاتر از 6 تراهرتز را باز می‌کند، بنابراین از مزایای فوتونیک برای محاسبات کوانتومی بدون کاهش پهنای باند موجود به سطوح غیرقابل استفاده استفاده می‌کند.

بنابراین، محققان انتظار دارند که طراحی کوانتومی مبتنی بر فوتونیک آن‌ها امکان استقرار آسان‌تر را فراهم کند - نیازی به کنترل‌های دمایی عجیب و غریب (اساساً فریزرهای زیر صفر) که معمولاً برای حفظ انسجام کوانتومی در سیستم‌های دیگر مورد نیاز هستند، وجود ندارد. مقیاس گذاری نیز ساده‌تر و راحت‌تر شده‌است: نیازی به افزایش تعداد کیوبیت‌ها با اتصال چندین واحد محاسباتی کوانتومی کوچک‌تر و منسجم نیست. در عوض، تعداد کیوبیت‌ها (و بنابراین عملکرد سیستم) را می‌توان با تقسیم پیوسته نور به «بخش‌های زمانی» و رمزگذاری اطلاعات مختلف در هر یک از این بخش‌ها افزایش داد. طبق نظر تیم، این روش به آن‌ها این امکان را می‌دهد که « به راحتی تعداد کیوبیت ها را در محور زمان بدون افزایش اندازه تجهیزات افزایش دهند.»

همه این عناصر با هم ترکیب شده‌اند و باعث کاهش مواد خام مورد نیاز می‌شوند در حالی که پیچیدگی حفظ ارتباطات و انسجام کوانتومی بین واحدهای محاسبات کوانتومی کوچک و چندگانه را از بین می‌برند. در حال حاضر محققان بر روی ساخت واقعی کامپیوتر کوانتومی مبتنی بر فوتونیک تمرکز خواهند کرد. با در نظر گرفتن اینکه چگونه آن‌ها تخمین می‌زنند که طراحی آن‌ها می‌تواند تا "میلیون‌ها کیوبیت" افزایش یابد، مشارکت آن‌ها می‌تواند یک جهش انقلابی در محاسبات کوانتومی را امکان‌پذیر کند که از "راه طولانی پیش رو" مورد انتظار برای دستیابی به تعداد مفید کیوبیت عبور می‌کند.

این متن با استفاده از ربات ترجمه مقالات فیزیک ترجمه شده و به صورت محدود مورد بازبینی انسانی قرار گرفته است.در نتیجه می‌تواند دارای برخی اشکالات ترجمه باشد.

مقالات لینک‌شده در این متن می‌توانند به صورت رایگان با استفاده از مقاله‌خوان ترجمیار به فارسی مطالعه شوند.