چین یک “بلوک کوانتومی نشکن” ساخته است.

به گزارش ایسنا، دانشمندان چینی در آخرین مقاله خود گزارش دادند که یک بلوک کوانتومی ایجاد کرده اند که حتی در صورت تکان خوردن دست نخورده باقی می ماند. این دستاورد با استفاده از یک پردازنده کوانتومی ابررسانا قدرتمند و قابل برنامه ریزی به نام Zuchongzhi 2 به دست آمد.

معنی بلوک کوانتومی نشکن

برای درک اهمیت این موضوع، سعی کنید حباب صابون را در حین راه رفتن در یک اتاق شلوغ دست نخورده نگه دارید. ذخیره سازی اطلاعات کوانتومی تقریباً به همان اندازه دشوار است.

روش‌های سنتی تصحیح خطا کمک می‌کنند، اما پیچیده هستند و به کیوبیت‌های اضافی زیادی نیاز دارند. گروه پان رویکرد متفاوتی در پیش گرفت: با استفاده از توپولوژی، شاخه ای از ریاضیات که خصوصیات کلی اشکال را مطالعه می کند.

در مراحل توپولوژیکی ماده، برخی از خواص به طور شگفت انگیزی پایدار هستند، زیرا به خواص عمومی بستگی دارند تا جزئیات شکننده و حساس. محققان قبلاً مواد توپولوژیکی را مطالعه کرده اند که حالت های محافظت شده در لبه ها ظاهر می شود.

اما گروه چینی به دنبال چیز دشوارتری بود: مراحل توپولوژیکی مرتبه بالاتر، که در آن حالت های حفاظت شده در مناطق کوچکتر مانند گوشه ها جمع می شوند. این «حالت‌های گوشه‌ای» کاملاً تخریب‌ناپذیر نیستند، اما نسبت به حالت‌های کوانتومی معمولی می‌توانند در برابر آشفتگی‌ها مقاوم‌تر باشند.

چالش خاص این پروژه این بود که گروه بر روی نسخه های غیر تعادلی این فازها تمرکز کرد. سیستم‌هایی که دائماً در حال تکامل هستند یا در معرض نیروهای خارجی قرار می‌گیرند تا اینکه در حالت پایدار قرار گیرند.

چنین فازهایی به طور طبیعی در مواد رخ نمی دهند و دانشمندان ابزارهای قابل اعتمادی برای آزمایش یا مشاهده آنها ندارند.

دستیابی به رفتار توپولوژیکی مرتبه بالا

برای حل این مشکل، محققان از بخشی از پردازنده ابررسانا Zuchongzhi 2 استفاده کردند و یک شبکه 6×6 کیوبیت را به عنوان یک شبیه ساز کوانتومی قابل برنامه ریزی مونتاژ کردند.

از آنجایی که پردازنده را می توان به عنوان یک واحد پردازش مرکزی کوانتومی پیکربندی کرد، این گروه توانست برهمکنش های دقیقی بین کیوبیت ها طراحی کند که یک ماده مصنوعی با رفتار توپولوژیکی مرتبه بالا را شبیه سازی می کند.

آنها سپس دنباله ای از عملیات کنترل شده را برای تولید فازهای توپولوژیکی غیرتعادلی مورد نظر خود اعمال می کنند. برای آشکار ساختن این فازها، به جای بررسی خواص ایستا، رفتار تکاملی کیوبیت ها را اندازه گیری کردند.

با ردیابی این دینامیک، آنها علائم متمایز حالت های زاویه ای را شناسایی کردند و تأیید کردند که هر دو فاز توپولوژیکی مرتبه بالاتر تعادلی و غیرتعادلی با موفقیت شبیه سازی شدند.

نویسندگان مطالعه می نویسند: در این مطالعه، ما هر دو فاز توپولوژیکی مرتبه بالا تعادلی و غیرتعادلی را با استفاده از یک پردازنده کوانتومی ابررسانا 2 بعدی قابل برنامه ریزی اجرا کردیم.

به زبان ساده، با استفاده از یک پردازنده کوانتومی، تیم شکلی از ماده را ایجاد و مطالعه کرد که به طور طبیعی وجود ندارد، و نشان داد که دارای حالت‌های ریز و محافظت‌شده توپولوژیکی در گوشه‌ها است که رفتاری متفاوت از آرایش معمولی کیوبیت‌ها دارد.

چشم اندازها و چالش های آینده

بلوک کوانتومی ساخته شده توسط محققان اولین نمایش تجربی از مراحل توپولوژیکی غیرتعادلی مرتبه بالا بر روی یک پردازنده کوانتومی قابل برنامه ریزی است.

این نشان می‌دهد که حتی پردازنده‌های کوانتومی پر سر و صدای امروزی نیز می‌توانند به عنوان یک پلتفرم جهانی برای ساخت و کاوش حالت‌های عجیب و غریب از ماده مورد استفاده قرار گیرند و ابزاری قدرتمند برای آینده علم کوانتومی فراهم کنند.

اگرچه این کار هنوز یک کیوبیت کاملاً متحمل خطا ایجاد نکرده است، اما به جهت امیدوارکننده‌ای اشاره می‌کند که در آن می‌توان از توپولوژی برای طراحی حالت‌های کوانتومی استفاده کرد که به طور طبیعی نسبت به اختلالات خاص حساسیت کمتری دارند.

اگر بتوان چنین حالت های محافظت شده را در سخت افزار آینده مهندسی کرد، می توانند مبنایی برای حافظه کوانتومی قابل اعتمادتر یا واحدهای منطقی باشند. این به نوبه خود می تواند راه را برای محاسبات کوانتومی باز در مقیاس بزرگ برای کارهایی مانند شبیه سازی های پیچیده، طراحی مواد پیشرفته یا تحقیق در هوش مصنوعی هموار کند.

با این حال، چالش های قابل توجهی باقی مانده است. به عنوان مثال، حالت های گوشه محافظت شده نشان داده شده در اینجا در یک محیط شبیه سازی شده و کنترل شده وجود دارد، نه در یک ماده فیزیکی واقعی. استحکام آنها در برابر نویزهای دنیای واقعی هنوز نیاز به آزمایش دقیق دارد و این روش باید بسیار فراتر از یک آرایه 6×6 کیوبیت گسترش یابد تا در ماشین های عملی اعمال شود.

مراحل بعدی شامل بررسی برهمکنش‌های بین کیوبیت‌ها، مطالعه فازهای توپولوژیکی پیچیده‌تر، و به‌کارگیری این رویکرد برای مطالعه مواد کوانتومی طراحی‌شده ویژه در هر دو حالت تعادل و غیرتعادل خواهد بود.

این مطالعه در مجله Science منتشر شده است.

انتهای پیام