زنجیر کردن اتم‌ها با هم با استفاده از اسپین‌های هسته‌ای باعث ذخیر‌ه‌سازی کوانتومی می‌شود

منتشر شده در scitechdaily به تاریخ ۱۹ فوریه، ۲۰۲۲
لینک منبع: Chaining Atoms Together Using Nuclear Spins Yields Quantum Storage

تکنیک جدید می‌تواند شبکه‌های کوانتومی را ممکن سازد.

مهندسان در Caltech روشی را برای ذخیره‌سازی کوانتومی توسعه داده‌اند که می‌تواند راه را برای توسعه شبکه‌های کوانتومی نوری در مقیاس بزرگ هموار سازد.

سیستم جدید متکی‌بر چرخش‌های هسته‌ای -تکانه زاویه‌ای هسته‌اتم- است که به صورت یک موج چرخشی در حال نوسان است. این نوسان جمعی به‌طور موثر چندین اتم را برای ذخیره اطلاعات، به هم زنجیر می‌کند.

این کار، که در مقاله‌ای که در ۱۶ فوریه ۲۰۲۲ در مجله Nature منتشر شد، شرح داده می‌شود، از یک بیت کوانتومی (یا کیوبیت) ساخته‌شده از یون ایتربیوم (Yb)، یک عنصر خاکی نادر که در لیزرها نیز استفاده می‌شود، استفاده می‌کند. این تیم، به رهبری آندری فارائون (۰۴ (BS استاد فیزیک کاربردی و مهندسی برق، یون را در یک کریستال شفاف از ایتریوم ارتووانادات (YVO4) قرار داد و حالت‌های کوانتومی آن را از طریق ترکیبی از زمینه‌های نوری و مایکروویو دستکاری کرد. این تیم سپس از کیوبیت Yb برای کنترل حالت‌های چرخش هسته‌ای چند اتم وانادیم اطراف خود در کریستال استفاده کرد.

براساس کار قبلی ما، یون‌های ایتربیوم منفرد به‌عنوان کاندیدهای عالی برای شبکه‌های کوانتومی نوری شناخته می‌شدند، اما نیاز داشتیم که آن‌ها را با اتم‌های اضافی پیوند دهیم. فارائون، نویسنده همکار مقاله Nature، می گوید: ما آن را در این کار نشان می‌دهیم.

این دستگاه در موسسه نانوعلم کاولی در کالتک ساخته‌شده و سپس در دماهای بسیار پایین در آزمایشگاه فارائون مورد آزمایش قرار گرفته‌است.

یک تکنیک جدید برای استفاده از اسپین‌های هسته‌ای درگیر شده به‌عنوان یک حافظه کوانتومی، از روش‌های مورد استفاده در رزونانس مغناطیسی هسته‌ای (NMR) الهام گرفته‌است.

ژونهی چوی، محقق فوق‌دکترا در Caltech و مولف مشترک این مقاله می‌گوید: «برای ذخیره اطلاعات کوانتومی در اسپین‌های هسته‌ای، تکنیک‌های جدیدی شبیه به آن‌هایی که در دستگاه‌های NMR مورد استفاده در بیمارستان‌ها به کار گرفته شده‌اند را توسعه دادیم.» «چالش اصلی، انطباق تکنیک‌های موجود برای کار در غیاب میدان مغناطیسی بود.»

یک ویژگی منحصر به فرد این سیستم، قرار دادن از پیش تعیین‌شده اتم‌های وانادیوم در اطراف کیوبیت ایتربیوم است که توسط شبکه کریستالی تجویز شده‌است. هر قطعه کوچکی که تیم اندازه‌گیری می‌کرد یک ثبت حافظه یک‌سان داشت، به این معنی که همان اطلاعات را ذخیره می‌کرد.

آندری روسکوک، دانشجوی تحصیلات تکمیلی و نویسنده اول این مقاله می‌گوید: «توانایی ساخت یک تکنولوژی با قابلیت تولید مجدد و قابل‌اعتماد کلید موفقیت آن است.» «در زمینه علمی، این مسئله به ما اجازه می‌دهد تا بینش بی‌سابقه‌ای نسبت به برهمکنش‌های میکروسکوپی بین کیوبیت‌های ایتربیوم و اتم‌های وانادیوم در محیط خود به دست آوریم.»

این تحقیق بخشی از یک تلاش گسترده‌تر توسط آزمایشگاه فارائون برای ایجاد پایه و اساس برای شبکه‌های کوانتومی آینده است.

شبکه‌های کوانتومی کامپیوترهای کوانتومی را از طریق سیستمی که به جای سطح کلاسیک، در سطح کوانتومی عمل می‌کند، به هم متصل می‌کنند. در نظریه، کامپیوترهای کوانتومی با بهره‌گیری از ویژگی‌های خاص مکانیک کوانتومی از جمله برهم نهی، قادر خواهند بود تا توابع خاصی را سریع‌تر از کامپیوترهای کلاسیک اجرا کنند، که به بیت‌های کوانتومی این امکان را می‌دهد تا اطلاعات را به‌صورت همزمان به‌صورت یک و صفر ذخیره کنند.

همان‌طور که آن‌ها می‌توانند با کامپیوترهای کلاسیک کار کنند، مهندسان دوست دارند که قادر به اتصال کامپیوترهای کوانتومی چندگانه باشند تا داده‌ها را به اشتراک بگذارند و با یکدیگر کار کنند -و یک «اینترنت کوانتومی» ایجاد کنند. این مسئله درها را به روی چندین برنامه باز می‌کند، از جمله توانایی حل محاسباتی که بیش از حد بزرگ هستند که توسط یک کامپیوتر کوانتومی منفرد قابل مدیریت نیستند، و همچنین ایجاد ارتباطات امن ناگسستنی با استفاده از رمزنگاری کوانتومی.

این متن با استفاده از ربات ‌ترجمه مقالات علمی 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.