صدا برای پردازش اطلاعات کوانتومی دستکاری می شود - دنیای فیزیک

صدا تا حد زیادی بخشی از دنیای کلاسیک و ماکروسکوپی است - بنابراین ما معمولاً صدا را یک پدیده کوانتومی نمی‌دانیم. با این حال، برای برخی از آرام‌ترین صداهای ممکن، مکانیک کوانتومی شروع به کار می‌کند. اکنون، تیمی از محققان در دانشکده مهندسی مولکولی پریتزکر در دانشگاه شیکاگو و آزمایشگاه ملی آرگون ایالات متحده نشان داده‌اند که چگونه می‌توان از صدا برای ایجاد دو مورد استفاده کرد. اثرات کوانتومی: برهم نهی و تداخل. در نتیجه، فناوری های مبتنی بر صدا می توانند به زودی برای ایجاد رایانه های کوانتومی مورد استفاده قرار گیرند.

همانطور که امواج الکترومغناطیسی به عنوان فوتون های ذره مانند کوانتیزه می شوند، امواج صوتی نیز می توانند به عنوان فونون های ذره مانند کوانتیزه شوند. با این حال، برخلاف فوتون ها که ذرات بنیادی هستند، فونون ها برانگیختگی های جمعی هستند که شامل تعداد زیادی اتم یا مولکول می شود. با این وجود، این تحریکات جمعی از قوانین مکانیک کوانتومی پیروی می کنند. حالا، شیکاگو اندرو کلیلند و همکاران نشان داده اند که ماهیت کوانتومی فونون ها می تواند به طور بالقوه برای انجام وظایف محاسباتی پیچیده مورد استفاده قرار گیرد.

کلیلند می گوید: "یک فونون حرکت جمعی تعداد نجومی اتم ها را نشان می دهد." و همه آنها باید با هم کار کنند تا از مکانیک کوانتومی پیروی کنند. این سوال در ذهن من وجود داشت که آیا این واقعاً کار می کند؟ ما آن را امتحان کردیم، و به نوعی شگفت انگیز است، اما واقعا کار می کند.

شکافتن یک فونون

این تیم فونون‌های منفرد را به‌عنوان بسته‌های موج در حال انتشار روی سطح یک تراشه لیتیوم نیوبات ایجاد کردند. فونون ها با استفاده از دو کیوبیت ابررسانا که روی یک تراشه جداگانه قرار داشتند و از طریق هوا به تراشه نیوبات لیتیوم کوپل شده بودند، ایجاد و شناسایی شدند. دو کیوبیت ابررسانا در هر یک از تراشه‌ها قرار داشتند و کانالی به طول دو میلی‌متر بین آنها میزبان فونون‌های در حال حرکت بود.

در وسط مسیر فونون، تیم یک پرتو شکاف ایجاد کرد، که دستگاهی است که یک پرتو فونون را به دو پرتو تقسیم می کند که در دو جهت مختلف حرکت می کنند. به دلیل ماهیت کوانتومی فونون ها، شکاف دهنده پرتو می تواند یک فونون را در برهم نهی کوانتومی فونونی قرار دهد که یک مسیر را در پیش گرفته است و فونونی را که مسیر دیگر را طی می کند. این تیم توانایی خود را در ایجاد چنین برهم نهی با فرستادن هر دو نیمه به عقب از طریق شکاف دهنده پرتو و مشاهده یک الگوی تداخل نشان دادند.

سپس، آنها توجه خود را به بازتولید "اثر هونگ اوماندل" معطوف کردند که در قلب معماری‌های محاسباتی کوانتومی فوتونیک قرار دارد. به طور معمول، این شامل ارسال دو فوتون به یک تقسیم کننده پرتو از جهات مخالف است. تداخل کوانتومی حکم می کند که هر دو فوتون همیشه در یک جهت از شکاف پرتو خارج شوند. گروه شیکاگو توانست این اثر را با استفاده از فونون ها نشان دهد.

ابزاری جدید

کامپیوترهای کوانتومی در حال حاضر با استفاده از چندین نوع کیوبیت از جمله یون های به دام افتاده، مدارهای ابررسانا و فوتون ها در حال توسعه هستند. برخلاف یون‌ها و ابررساناها، فوتون‌ها با یکدیگر برهمکنش نمی‌کنند - دو پرتو نور می‌توانند بدون تأثیر از یکدیگر عبور کنند. این بدان معناست که انجام عملیات دو کیوبیتی با فوتون ها دشوار است. در عوض، سکوهای فوتونیک، خوشه‌های بزرگی از فوتون‌های بسیار درهم‌تنیده ایجاد می‌کنند و از اندازه‌گیری کلاسیک برخی از این فوتون‌ها برای انجام محاسبات استفاده می‌کنند.

به دلیل شباهت آنها به فوتون ها، انتظار می رود فونون ها توانایی پردازش اطلاعات کوانتومی مشابهی با فوتون ها را داشته باشند، و کلیلند و همکارانش نشان داده اند که این امر باید امکان پذیر باشد. با این حال، فونون ها از چندین جنبه کلیدی با فوتون ها متفاوت هستند. کیوبیت های فونون نیاز به خنک کننده برودتی دارند و از نرخ تلفات بسیار بالاتری رنج می برند. با این وجود، این پلتفرم یک مزیت مهم را ارائه می‌کند که پیاده‌سازی‌های فوتونیکی سنتی آن را ندارند: حالت فونون توسط یک کیوبیت ابررسانا به روشی کاملا کوانتومی شناسایی می‌شود و تمام اطلاعات برهم‌نهی و درهم‌تنیدگی را حفظ می‌کند. محققان امیدوارند که این امر در توسعه فناوری‌های کوانتومی آینده مفید باشد.

کلیلند می‌گوید: «ما در تلاش هستیم تا آن را به وجود آوریم، که می‌توانید سیستمی بسازید که در آن می‌توانید محاسبات کوانتومی به سبک نوری را روی یک سیستم کوچک انجام دهید و می‌توانید آن را مستقیماً با یک رایانه کوانتومی مبتنی بر گیت استاندارد ادغام کنید». کلیلند توضیح می دهد که این مهم است زیرا این یکپارچگی مستقیم را نمی توان با فوتون ها انجام داد.

دیگران موافقند که این پتانسیل دارد. می‌گوید: «بخشی از جذابیت بررسی این پلت‌فرم‌ها با فونون‌ها این است که به طور بالقوه می‌توانند به شما امکان تبدیل بین امواج مایکروویو و نور مرئی را بدهند و این قطعاً بسیار هیجان‌انگیز است». نیکلاس کوسادا، که متخصص اطلاعات کوانتومی فوتونیک در پلی تکنیک مونترال است و در این تحقیق شرکت نداشت.

تحقیق در شرح داده شده است علم.

• محتوای مبتنی بر SEO و توزیع روابط عمومی. امروز تقویت شوید.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. به خودت قدرت بده دسترسی به اینجا.
• PlatoAiStream. هوش وب 3 دانش تقویت شده دسترسی به اینجا.
• PlatoESG. خودرو / خودروهای الکتریکی، کربن ، CleanTech، انرژی، محیط، خورشیدی، مدیریت پسماند دسترسی به اینجا.
• BlockOffsets. نوسازی مالکیت افست زیست محیطی. دسترسی به اینجا.
• منبع: https://physicsworld.com/a/sound-is-manipulated-for-quantum-information-processing/