جهشی کوانتومی برای محاسبات کوانتومی

منتشر شده در scitechdaily به تاریخ ۳۱ می ۲۰۲۱
لینک منبع A Quantum Leap for Quantum Computing

دانشگاه کالیفرنیا، ریورساید، برنده جایزه آموزش و تحقیق مشارکتی آزمایشگاه ملی کالیفرنیا به ارزش ۳.۷۵ میلیون دلار شده‌است که این دانشگاه را قادر می‌سازد تا بر روی امکان محاسبات کوانتومی مقیاس پذیر تمرکز کند.

انتظار می‌رود که کامپیوترهای کوانتومی تا حد زیادی از قوی‌ترین کامپیوترهای معمولی در وظایف خاص، مانند مدلسازی فرآیندهای شیمیایی پیچیده، یافتن اعداد اول بزرگ و طراحی مولکول‌های جدیدی که در پزشکی کاربرد دارند، عملکرد بهتری داشته باشند.

این کامپیوترها اطلاعات کوانتومی را به شکل بیت‌ها یا سیستم‌های کوانتومی کیوبیت‌ها ذخیره می‌کنند که می‌توانند در دو حالت مختلف وجود داشته باشند. برای اینکه کامپیوترهای کوانتومی واقعا قدرتمند باشند، با این حال، آن‌ها باید «مقیاس‌پذیر» باشند، به این معنی که آن‌ها باید قادر به مقیاس بندی باشند تا تعداد بیشتری کیوبیت را در خود جای دهند، و حل برخی مشکلات چالش برانگیز را ممکن سازند.

بورژ همرلینگ، استادیار فیزیک و نجوم دانشگاه ریورساید و محقق اصلی این پروژه سه‌ساله گفت: « هدف از این پروژه مشارکتی ایجاد یک پلت‌فرم جدید برای محاسبات کوانتومی است که تا حد زیادی مقیاس‌پذیر باشد.» "فن‌آوری محاسبات فعلی کوانتومی از کنترل آزمایشی تعداد زیادی کیوبیت مورد نیاز برای محاسبات متحمل خطا فاصله زیادی دارد. این تفاوت زیادی با آنچه که در تراشه‌های کامپیوتری معمولی در محاسبات کلاسیک به دست آمده‌است، دارد.

تیم تحقیقاتی همرلینگ از تکنولوژی کاملا جدیدی برای این پروژه استفاده خواهد کرد، مانند تکنولوژی چاپ سه‌بعدی از آزمایشگاه ملی لورنس رانگمور، یا LLNL، تا تله‌های یونی ریزساختار را ایجاد کنند. آیون‌ها، که ذرات اتمی باردار هستند، کیوبیت‌ها را ذخیره می‌کنند. اطلاعات کوانتومی زمانی منتقل می‌شود که یون‌ها در یک تله طراحی‌شده خاص حرکت می‌کنند. یون‌های گرفتار شده بهترین پتانسیل برای تحقق محاسبات کوانتومی را دارند.

دانشگاه برکلی، UCLA، و دانشگاه سانتا باربارا نیز با UCR به عنوان هماهنگ‌کننده پروژه هم‌کاری خواهند کرد. دانشگاه برکلی، گیت های کوانتومی با دقت بالا را با تله‌های یونی نشان خواهد داد؛ UCLA ادغام فیبرهای نوری را با تله‌ها توسعه داده و آزمایش خواهد کرد؛ سانتا باربارا UC تله‌ها را در محیط‌های برودتی آزمایش خواهد کرد و انتقال رشته‌های یونی را نشان خواهد داد؛ و امکانات در آزمایشگاه ملی لارنس برکلی برای شناسایی و توسعه مواد مورد استفاده قرار خواهد گرفت. UCR طرح‌های ساده شده خنک سازی را نشان می‌دهد و احتمال به دام انداختن الکترون‌ها با این تله‌ها را بررسی می‌کند.

همرلینگ گفت: « ما در اینجا فرصت منحصر به فردی برای پیوستن به گروه‌های مختلف در سیستم UC و ترکیب تخصص آن‌ها برای ایجاد چیزی بزرگ‌تر از یک گروه واحد داریم.»

جایزه به UCR نتیجه رقابت برنامه تحقیقاتی هزینه‌های آزمایشگاهی دانشگاه کالیفرنیا در سال ۲۰۲۰ است. شش پیشنهاد، در مجموع بیش از ۲۱ میلیون دلار در طول سه سال، در سه حوزه تحقیقاتی که از هم‌کاری آزمایشگاه ملی UC استفاده می‌کنند، اعطا شدند: تحقیقات شتاب‌دهنده، علم اطلاعات کوانتومی، و تحقیقات مرتبط با آتش‌سوزی.

همرلینگ گفت: « ما پیش‌بینی می‌کنیم که ریز ساختار تله‌های یونی چاپ‌شده سه‌بعدی بهتر از تله‌های یونی است که تا به امروز از نظر زمان ذخیره یون‌ها و توانایی نگهداری و دستکاری اطلاعات کوانتومی مورد استفاده قرار گرفته‌اند.» مهم‌تر از همه، ساختارهای ما مقیاس‌پذیر خواهند بود که در آن ما برنامه‌ریزی می‌کنیم تا آرایه‌هایی از تله‌های متصل به هم بسازیم، شبیه به طراحی تراشه کامپیوتری بسیار موفق. ما امیدواریم که این تله‌های چاپ‌شده سه‌بعدی جدید را به عنوان یک ابزار آزمایشگاهی استاندارد برای محاسبات کوانتومی با پیشرفت‌های عمده در فن‌آوری مورد استفاده کنونی ایجاد کنیم.

همرلینگ گفت که پروژه تحقیقاتی باید دانشمندان را به درک یک کامپیوتر کوانتومی مقیاس پذیر نزدیک‌تر کند.

او گفت: « بسیاری از روش‌های محاسبات کوانتومی، در حالی که بسیار امیدوار کننده هستند، هنوز از ارائه یک پلت‌فرم مقیاس‌پذیر که محاسبات مفیدی انجام می‌دهد، ناامید شده‌اند.» اگر بخواهیم ماشینی بسازیم که کار مفیدی انجام دهد، باید مسیرهای جدید را در نظر بگیریم. این یک مسیر جدید ممکن است.

این متن با استفاده از ربات مترجم مقالات کوانتوم 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.