انواع حالت های کوانتومی نور در تراشه ها

در مقاله تولید انواع حالت های کوانتومی نور در تراشه های سیلیکونی، دانشمندان دانشگاه بریستول و تکنولوژی دانمارک، یک راه امیدوارکننده و جدید برای ساخت نسل بعدی ترکیب نور کوانتومی و ریز تراشه سیلوکونی به صورت شبیه سازی شده پیدا کردند.

در اینجا ماشین های کوانتومی زیادی وجود دارد که میخواهند سوپرکامپیوترها را در حل مشکلات اساسی شکست دهند، ولی درواقع جامعه علمی به دو چالش اصلی تکنولوژی اشاره میکند.

اول اینکه مدارهای بزرگ کوانتومی باید قادر به پردازش اطلاعات در یک مقیاس بزرگ باشند، و دوم اینکه باید بتواند حجم بزرگی از ذرات کوانتومی را برای کد گذاری ایجاد کند و این اطلاعات را درمیان مدارهایی مثل خودش گسترش دهد.

این دو قانون باید به گونه ای باشد که تکنولوژی کوانتومی پیشرفته را طوری توسعه دهد که قادر به شکست ماشین های کلاسیک شود.

یک پلت فرم بسیار کارآمد برای برخورد با چالش هایی مثل این، مانند یک فوتونیک کوانتومی سیلیکونی است. این تکنولوژی، اطلاعاتی که عکس ها را حمل میکنند، تک تک ذره های نوری هستند که در ریز تراشه های سیلیکونی تولید و پردازش شده اند.

این دستگاه ها به صورت حرفه ای نور را بین موج های یکپارچه ای که در نانو مواد استفاده شده اند را راهنمایی میکنند (مانند فیبرهای نوری آنالوگ در مقیاس نانومتری).

این نکته بسیار جالب است که در ساخت تراشه های فوتونیک از همان تکنیکی استفاده شده که در ساخت ریز تراشه های الکترونیکی در صنعت نیمه هادی استفاده شده بود، که باعث میشود ساخت مدارهای کوانتومی در این مقیاس بزرگ ممکن شود.

در آزمایشگاه دانشگاه مهندسین تکنولوژی کوانتومی بریستول (QET)، این تیم به تازگی از تراشه های فوتونیک سیلیکونی رونمایی کرده است که در اینترفرومترهای کوانتومی تعبیه شده که آن هم معمولا از هزاران اجزاء نوری تشکیل شده، اهمیت این گفته ها هم الان از چند سال پیش بیشتر امکان پذیر شده است.

گرچه، بزرگترین سوالی که به آن پاسخ نداده اند این است که اگر این دستگاه ها قادر به تولید یکسری اعداد بزرگ فوتون به اندازه کافی باشند باید بتوانند وظایف محاسباتی کوانتومی مفیدی را هم اجرا کنند. تحقیقات بریستول، امروزه در روزنامه Nature Physics (ماهیت فیزیک)، نشان داده است که این سوال مطمئنا جواب قطعی دارد.

با پیگیری آخرین تحولات تکنولوژی در فوتونیک های کوانتومی سیلیکونی، این تیم نشان داده اند که حتی مدارهای فوتونیک سیلیکونی در یک مقیاس کوچک هم میتواند یکسری اعداد فوتون جدید را در فوتونیک های تولید شده، تولید و پردازش کنند.

در واقع، به دلیل نواقصی که در مدار وجود دارد مثل فوتون های از دست رفته، اثبات های قبلی در فوتونیک های تولید شده معمولا در آزمایشات فقط به دو فوتون محدود شده بودند و در تراشه تولید و پردازش شده اند، ولی فقط در سال آخر، چهار فوتون تست شده گزارش شده بودند که به درستی در مدار کار میکردند.

در محل کار، با بهبود طراحی هر جزء تولید شده، این تیم نشان داده اند که حتی مدارهای ساده هم میتوانند این آزمایشات را به هشت فوتون برسانند، دوبرابر رکورد قبلی در فوتونیک های تولید شده. علاوه بر این، آنالیز آنها نشان میدهد که هرچقدر بیشتر شوند، مدار هم پیچیده تر میشود، که این یک قابلیت عالی برای پلت فرم سیلیکونی است، آزمایشات هم نشان داده است که برای بیش از 20 فوتون امکان پذیر است، یک رژیم ماشین های کوانتومی فوتونیک هم انتظار دارد که فراتر از بهترین سوپرکامپیوترهای کلاسیک پیش رود.

این مطالعه، اپلیکیشن هایی را هم بررسی میکند که در چنین مدت کوتاهی پردازشگرهای کوانتومی فوتونیک آن توانسته اند به یک رژیم، برتری کوانتومی بدهند.

به خصوص  با تنظیم مجدد نوعی از نور غیر خطی در تراشه، آنها پی بردند که تراشه های سیلیکونی میتواند برای اجرا در انواع مختلفی از وظایف شبیه سازی کوانتومی استفاده شود، که معمولا به عنوان نمونه مشکلات بوسون شناخته شده است.

بیشتر این پروتکل ها، برای مثال Gaussian Boson Sampling، نمایش جدید جهان اول است.

این تیم نشان میدهد که با استفاده از چنین پروتکل هایی، دستگاه های کوانتومی سیلیکونی قادر هستند که مشکلات مرتبط با صنعت را حل کنند. مخصوصا که آنها نشان داده اند که چطور یک مشکل شیمیایی در پیدا کردن انتقال ارتعاشي در مولکول های در معرض یک انتقال الکترونیکی میتواند روی انواع دستگاه هایی که از Gaussian Boson Sampling استفاده میکنند شبیه سازی شود.

مؤلف دکتر استفانو پاسانی از دانشگاه مرکزی بریستول برای اطلاعات علوم نانو و کوانتوم گفته است:

یافته های ما نشان میدهد که شبیه سازی کوانتوم فوتونیک که فراتر از سوپرکامپیوترها هستند، به صورت واقع بینانه ای در کوتاه مدت برای پلت فرم فوتونیک های کوانتوم سیلیکونی هم پیش بینی شود.

توسعه هر ماشین کوانتومی میتواند پتانسیل اثرات مخربی را در زمینه های مرتبط با صنایعی مثل شیمی، طراحی مولکولی، هوش مصنوعی و آنالیز داده های بزرگ را داشته باشد.

اپلیکیشن هایی شامل طراحی داروهای بهتر و مهندسی حالت ذره ای، قادر به تولید انرژی کارآمدتری میباشند.

همکار این مؤلف، دکتر رافائل سنداگاتی همچنین علاوه بر گفته های مؤلف اصلی اضافه کرده است که:

نتایج به دست آمده به ما اطمینان میبخشد که علت سریع تر بودن ماشین های کوانتومی از هر کامپیوتر کلاسیک، در دسترس بودن پلت فرم فوتونیک های کوانتومی به صورت یکپارچه است.

تا زمانی این گفته درست است که تکنولوژی های دیگر قابلیت رسیدن به چنین رژیمی را دارا باشند، برای مثال یون های به دام افتاده یا سیستم های ابررسانا، رویکرد فوتونیک های آنها تنها زمانی مزیت دارند که اپلیکیشن هایی را که ما در  کوتاه مدت مورد بررسی قرار دادیم را دارا باشند. مسیر فوتونیک، هر چند خطرناک است، ولی تنظیم شده و بسیار ارزشمند است.

پرفسور آنتونی لاینگ، دانشیار فیزیک در بریستول بر روی این پروژه نظارت داشت. او میگوید که چهار برابر این فوتون ها در همان تراشه تولید و پردازش شده است و این تیم میخواهد که این شبیه سازی کوانتوم را بقدری بزرگ کند که ده ها فوتون بتوانند کارایی این را داشته باشند که مقایسه ها را با محاسبه استاندارد امروز، سخت افزار را تبدیل به یچیز معنی دار کنند.

منبع : ترجمه شده توسط تیم⇐ سورس سیتی

برای دیدن مطلب اصلی و انگلیسی این مقاله لطفا ⇐اینجا⇒ کلیک کنید.

سخن مدیر سایت

در پست های دیگر ما، میتوانید از امکانات دیگر سایت مثل آموزش اندروید استودیو، آموزش جاوا اسکریپت، آموزش php، آموزش B4A و آموزش های دیگر و همچنین محصولات سایت که با قیمتی ارزان و رایگان در داخل سایت قرار دادیم بهره مند شوید. همچنین بخش وبلاگ ما که بروزترین مطالب و سایت های خارجی و مقاله های علمی و آموزشی در آن موجود است هم استفاده کنید.

تیم سایت سورس سیتی، برای شما کاربران عزیز مقاله تولید انواع حالت های کوانتومی نور در تراشه های سیلیکونی را فراهم کرده است. لطفا نظرات خود را با ما در این صفحه به اشتراک بگذارید.

به آدرس ← اینستاگرام → ما هم مراجعه نمایید.