این سنگ باستانی و مرموز، کلید دستیابی به کامپیوترهای کوانتومی واقعی است!

یک سنگ باستانی و مرموز ممکن است کلید دستیابی به کامپیوترهای کوانتومی واقعی با بیشترین ظرفیت باشد. اما سنگ باستانی نامیبیا چیست؟

یکی از راه‌هایی که می‌توان با آن از حداکثر توان کامپیوترهای کوانتومی استفاده کرد، استفاده از موارد مبتنی بر نور و ماده است تا بتوان اطلاعات را ذخیره و پردازش کرد اما همچنان با سرعت نور حرکت کرد. دانشمندان اخیرا به لطف یک سنگ باستانی و مرموز موفق به ایجاد بزرگترین ذره ترکیبی نور و ماده در طول تاریخ شده‌اند که ممکن است کلید دستیابی به کامپیوترهای کوانتومی وافعی باشد.

سنگ باستانی و مرموز نامیبیا

این شبه ذره جدید که با نام پولاریتون ریدبرگ (Rydberg)  شناخته می‌شود با کمک یک قطعه از سنگ باستانی و مرموز نامیبیا ساخته شده که حاوی بلورهای اکسید مس (Cu2O) است.

دانشمندان کریستال را از سنگ باستانی خارج کرده، به اندازه‌ای کمتر از عرض موی انسان صیقل دادند و سپس بین دو آینه قرار دادند تا نور را به دام بیندازد. نتیجه کار پورلایتون‌های ریدبرگ در ابعادی 100 برابر بزرگتر از هرچیزی است که تاکنون شناخته‌ایم.

دستاورد جدید می‌تواند ما را به تولید شبیه‌ساز کوانتومی نزدیک کند که می‌تواند بر اساس پلاریتون‌های ریدبرگ کار کند و بیت‌های کوانتومی یا کیوبیت‌ها را در قالب صفر، یک یا عددی بین این دو ذخیره کند. حمید اوحدی فیزیکدان دانشگاه سنت اندروز بریتانیا می‌گوید:

هدف غایی دانشمندان در این حوزه، ساخت یک شبیه‌ساز کوانتومی با نور است. حالا با ساخت پلاریتون ریدبرگ که یکی از بخش‌های کلیدی در دستیابی به این هدف است، گام بزرگی در این مسیر برداشته‌ایم.

نکته جالب درباره پلاریتون ریدبرگ اینکه می‌تواند به طور دائم از نور به ماده و بالعکس حرکت کند. محققان نور و ماده را با دو روی یک سکه مقایسه می‌کنند و پلاریتون‌ها فقط می‌توانند با سمت ماده تعامل داشته باشند.

اهمیت نکته در آنجا است که ذرات نور سریعتر حرکت می‌کنند اما با هم تعامل ندارند، از سوی دیگر ماده کندتر است اما می‌تواند با مواد دیگر تعامل کند، پس ترکیب این دو ویژگی می‌تواند منجر به دستیابی به حداکثر توان کامپیوترهای کوانتومی شود.

این انعطاف پذیری در مدیریت حالت‌های کوانتومی تا زمانی که مشاهده نشوند، تعریف نشده باقی می‌مانند. همچنین گرچه از ساخت یک کامپیوتر کوانتومی کاملا کارآمد که بر اساس این فناوری ساخته شده باشد فاصله داریم، اما با ساخت پلاریتون ریدبرگ بیش از هر زمان دیگری به آن نزدیک شده‌ایم.

پلاریتون‌های ریدبرگ از طریق جفت شدن اکسیتون‌ها و فوتون‌ها به وجود می آیند. اینجاست که سنگ باستانی نامیبیا وارد می‌شود. اکسید مس یک نیمه‌رسانا است، ماده‌ای که اجازه می‌دهد الکترون ها بدون مقاومت جریان داشته باشند.

اکسایتون‌ها شبه ذرات خنثی الکتریکی هستند که می‌توانند تحت شرایط مناسب با ذرات نور جفت شوند و اکسیتون‌های بزرگی که در اکسید مس یافت می‌شوند، می‌توانند با فوتون‌ها در شرایطی خاصی به نام ریزگرانش فابری پرو با فوتون‌ها جفت شوند که عنصری کلیدی در ایجاد پلاریتون‌های بزرگ‌تر ریدبرگ است. سای کایران راجنران فیزیکدان دانشگاه سنت‌اندروز می‌گوید:

چالش بزرگ ساخت پلاریتون‌های ریدبرگ در طیف رنگی بسیار باریک است.

هنگامی که کامپیوترهای کوانتومی کاملا توانمند را بتوان در کنار هم قرار داد شاید با استفاده از پلاریتون‌های ریدبرگ بتوان پیشرفت‌های چشمگیری در قدرت محاسباتی آن‌ها ایجاد کرد تا بتوانند محاسبات بسیار پیچیده‌ای فراتر از رایانه‌های امروزی انجام دهند.

در حال حاضر محققان روش‌هایی مانند توسعه مواد ابررسانا با دمای بالا و درک بیشتر در مورد چگونگی تاشدگی پروتئین‌ها که به طور بالقوه توانایی ما در تولید داروها را افزایش می‌دهد پیشنهاد داده‌اند.

روش‌های مشخص‌شده در تحقیق جدید باید بیشتر اصلاح شوند تا بتوان از این ذرات در مدارهای کوانتومی استفاده کرد، اما در حال حاضر اصول بنیادینی وجود دارد و تیم تحقیقاتی امیدوار است نتایج در آینده بهبود یابند. محققان در مقاله خود نوشته‌اند:

این نتایج راه را برای دستیابی به اکسیتون پلاریتون‌هایی هموار می‌کند که قدرت تعامل بالایی دارند. همچنین می‌توان با این یافته‌ها و با استفاده نور در تراشه‌ها، مطالعات بیشتری درباره فازهای مختلف ماده ترتیب داد.