يتم التلاعب بالصوت لمعالجة المعلومات الكمومية - عالم الفيزياء

الصوت جزء كبير من العالم العياني الكلاسيكي - لذلك نحن عادة لا نفكر في الصوت كظاهرة كمومية. ومع ذلك ، فبالنسبة لبعض الأصوات الأكثر هدوءًا الممكنة ، تبدأ ميكانيكا الكم. الآن ، أظهر فريق من الباحثين في كلية بريتزكر للهندسة الجزيئية في جامعة شيكاغو ومختبر أرجون الوطني الأمريكي كيف يمكن استخدام الصوت لإنشاء اثنين بشكل جوهري التأثيرات الكمومية: التراكب والتداخل. نتيجة لذلك ، يمكن استخدام التقنيات القائمة على الصوت قريبًا لإنشاء أجهزة كمبيوتر كمومية.

مثلما يتم قياس الموجات الكهرومغناطيسية على أنها فوتونات تشبه الجسيمات ، يمكن قياس الموجات الصوتية على أنها فونونات تشبه الجسيمات. ومع ذلك ، على عكس الفوتونات ، وهي جسيمات أساسية ، فإن الفونونات عبارة عن إثارة جماعية تتضمن أعدادًا كبيرة من الذرات أو الجزيئات. ومع ذلك ، فإن هذه الإثارات الجماعية تخضع لقوانين ميكانيكا الكم. الآن ، شيكاغو أندرو كليلاند أظهر وزملاؤه أن الطبيعة الكمومية للفونونات يمكن أن تستخدم لأداء مهام حسابية معقدة.

يقول كليلاند: "يمثل الفونون الحركة الجماعية لعدد فلكي من الذرات". "وعليهم جميعًا العمل معًا من أجل إطاعة ميكانيكا الكم. كان هناك هذا السؤال في مؤخرة ذهني ، هل سينجح هذا حقًا؟ لقد جربناها ، وهي رائعة نوعًا ما ، لكنها تعمل حقًا ".

تقسيم الهاتف

ابتكر الفريق فونونات مفردة كأكياس موجية تنتشر على سطح رقاقة نيوبات الليثيوم. تم إنشاء الفونونات واكتشافها باستخدام اثنين من الكيوبتات فائقة التوصيل ، والتي كانت موجودة على شريحة منفصلة ، ومرتبطة بشريحة الليثيوم نيوبات عبر الهواء. تم تحديد موقعي الكيوبتات فائقة التوصيل على أيٍّ من الرقاقة ، مع قناة بطول XNUMX مليمتر بينهما تستضيف الفونونات المتنقلة.

في منتصف مسار الفونون ، ابتكر الفريق أداة تقسيم الحزم ، وهي عبارة عن جهاز يقسم حزمة من الفونونات إلى شعاعين يسيران في اتجاهين مختلفين. بسبب الطبيعة الكمومية للفونونات ، يمكن لمُقَوِّم الأشعة أن يضع فونونًا في تراكب كمي لفونون اتخذ مسارًا واحدًا وفونونًا اتخذ المسار الآخر. أظهر الفريق قدرتهم على إنشاء مثل هذا التراكب عن طريق إرسال "نصفين" مرة أخرى عبر مقسم الأشعة ومراقبة نمط التداخل.

بعد ذلك ، وجهوا انتباههم إلى إعادة إنتاج "تأثير هونغ-أو-ماندل" ، الذي يقع في قلب معماريات الحوسبة الكمومية الضوئية. عادة ، يتضمن ذلك إرسال فوتونين إلى فاصل شعاع من اتجاهين متعاكسين. يفرض التداخل الكمي أن كلا الفوتونين سيظهران دائمًا في نفس الاتجاه من جهاز إرسال الحزم. تمكنت مجموعة شيكاغو من إثبات هذا التأثير باستخدام الفونونات.

أداة جديدة

يتم حاليًا تطوير أجهزة الكمبيوتر الكمومية باستخدام عدة أنواع مختلفة من الكيوبتات ، بما في ذلك الأيونات المحاصرة والدوائر فائقة التوصيل والفوتونات. على عكس الأيونات والموصلات الفائقة ، لا تتفاعل الفوتونات مع بعضها البعض - يمكن لحزمتين ضوئيتين المرور عبر بعضهما البعض دون تأثر. هذا يعني أنه من الصعب إجراء عمليات ثنائية كيوبت باستخدام الفوتونات. بدلاً من ذلك ، تنشئ المنصات الضوئية مجموعات كبيرة من الفوتونات شديدة التشابك ، وتستخدم القياس الكلاسيكي لبعض هذه الفوتونات لإجراء العمليات الحسابية.

بسبب تشابهها مع الفوتونات ، من المتوقع أن تكون الفونونات قادرة على نفس أنواع معالجة المعلومات الكمومية مثل الفوتونات ، وقد أظهر كليلاند وزملاؤه أن هذا يجب أن يكون ممكنًا. ومع ذلك ، تختلف الفونونات عن الفوتونات بعدة طرق رئيسية. تتطلب كيوبتات الفونون تبريدًا مبردًا وتعاني من معدلات فقد أعلى بكثير. ومع ذلك ، توفر هذه المنصة ميزة مهمة لا توفرها التطبيقات الفوتونية التقليدية: يتم اكتشاف حالة الفونون بواسطة كيوبت فائق التوصيل بطريقة كمومية كاملة ، مما يحافظ على جميع معلومات التراكب والتشابك. يأمل الباحثون أن يكون هذا مفيدًا في تطوير تقنيات الكم المستقبلية.

يقول كليلاند: "نحاول أن نضعها هناك ، بحيث يمكنك بناء نظام يمكنك من خلاله الحوسبة الكمومية ذات النمط البصري على نظام صغير ويمكنك دمج ذلك مباشرة مع حاسوب كمومي قياسي قائم على البوابة". يوضح كليلاند أن هذا مهم لأن هذا التكامل المباشر لا يمكن أن يتم مع الفوتونات.

يتفق آخرون على أن هذا ينطوي على إمكانات. يقول "جزء من جاذبية التحقيق في هذه الأنظمة الأساسية باستخدام الفونونات هو أنها قد تسمح لك بإجراء تحويل بين الموجات الدقيقة والضوء المرئي ، وهذا بالتأكيد مثير للغاية" ، نيكولاس كيسادا، وهو خبير في المعلومات الكمومية الضوئية في بوليتكنيك مونتريال ولم يشارك في البحث.

تم وصف البحث في علوم.

• محتوى مدعوم من تحسين محركات البحث وتوزيع العلاقات العامة. تضخيم اليوم.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. تمكين نفسك. الوصول هنا.
• أفلاطونايستريم. ذكاء Web3. تضخيم المعرفة. الوصول هنا.
• أفلاطون السيارات / المركبات الكهربائية ، كربون، كلينتك ، الطاقة، بيئة، شمسي، إدارة المخلفات. الوصول هنا.
• BlockOffsets. تحديث ملكية الأوفست البيئية. الوصول هنا.
• المصدر https://physicsworld.com/a/sound-is-manipulated-for-quantum-information-processing/