شبکه اطلاع‌رسانی روابط‌عمومی ایران (شارا) || در آینده‌ای نه‌چندان دور، رایانه‌های کوانتومی این توان را خواهند داشت که شبیه‌سازی‌های پیشرفته‌ای از مواد جدید انجام دهند یا مدل‌های یادگیری ماشینی سریع‌تری تولید کنند. اما همه‌ی این کاربردها تنها زمانی ممکن خواهد بود که رایانه‌های کوانتومی بتوانند عملیات را با سرعت بسیار بالا اجرا کنند تا پیش از آن‌که نرخ خطا افزایش یابد، اندازه‌گیری‌ها و اصلاحات انجام شود و دقت حفظ گردد.
کارایی این فرآیند اندازه‌گیری – که به آن خوانش (readout) گفته می‌شود – به شدت بر قدرت پیوند میان فوتون‌ها (ذرات نوری حامل اطلاعات کوانتومی) و اتم‌های مصنوعی (واحدهای ذخیره‌سازی اطلاعات در رایانه‌های کوانتومی) متکی است.
اکنون پژوهشگران MIT موفق به ثبت قوی‌ترین پیوند غیرخطی نور و ماده در یک سامانه‌ی کوانتومی شده‌اند؛ موفقیتی که می‌تواند خوانش و عملیات کوانتومی را در بازه‌ی چند نانوثانیه ممکن سازد. این پژوهش در ژورنال Nature Communications منتشر شده است.
در این تحقیق، از یک معماری نوین مدارات ابررسانا استفاده شده که پیوندی غیرخطی با قدرتی حدود ده برابر نمونه‌های پیشین ایجاد می‌کند و به‌طور بالقوه امکان انجام عملیات کوانتومی با سرعتی ده برابر فراهم می‌آورد. گرچه هنوز راهی برای به‌کارگیری مستقیم این ساختار در رایانه‌های کوانتومی واقعی در پیش است، اما اثبات اصول فیزیکی آن، گامی کلیدی به شمار می‌رود.
یوفنگ “برایت” یه (Yufeng “Bright” Ye)، نویسنده اصلی مقاله، می‌گوید:
«این فناوری می‌تواند یکی از گلوگاه‌های رایانش کوانتومی را حذف کند. برای اجرای تصحیح خطا، باید نتایج محاسبات را بین مراحل مختلف اندازه‌گیری کنیم. این نوآوری می‌تواند ما را سریع‌تر به مرحله‌ی رایانش کوانتومی خطاپذیر برساند و کاربردهای واقعی این فناوری را ممکن کند.»
او به‌همراه کوین اُبرایان (Kevin O’Brien)، استاد راهنما و پژوهشگر ارشد آزمایشگاه تحقیقات الکترونیک MIT، و دیگر همکارانش در MIT، آزمایشگاه لینکلن و دانشگاه هاروارد، این پروژه را پیش برده‌اند.
کوپلری نوظهور
این دستاورد بر پایه‌ی سال‌ها پژوهش نظری در گروه اُبرایان بنا شده است. با ورود یوفنگ یه به این گروه در سال ۲۰۱۹، وی کار بر روی یک آشکارساز فوتون تخصصی را برای بهبود پردازش اطلاعات کوانتومی آغاز کرد و در نتیجه‌ی آن، یک نوع جدید کوپلر کوانتومی اختراع نمود.
این کوپلر که “کوارتون” نامیده شده، مدار ابررسانای خاصی است که توانایی ایجاد پیوند غیرخطی بسیار قدرتمندی را دارد؛ ویژگی‌ای که برای اجرای الگوریتم‌های کوانتومی ضروری است. با افزایش جریان ورودی به کوپلر، شدت این پیوند غیرخطی نیز بیشتر می‌شود و سامانه رفتاری پیچیده‌تر از مجموع اجزایش بروز می‌دهد.
یه در این‌باره توضیح می‌دهد:
«بیشتر تعاملات سودمند در رایانش کوانتومی از پیوند غیرخطی نور و ماده ناشی می‌شوند. اگر بتوان این نوع پیوند را تقویت کرد، سرعت پردازش رایانه کوانتومی نیز افزایش می‌یابد.»
در فرآیند خوانش کوانتومی، پژوهشگران نور مایکروویو را به سوی کیوبیت می‌تابانند و براساس حالت کیوبیت (۰ یا ۱)، تغییر فرکانسی در رزونانسور خوانش آن ایجاد می‌شود. با اندازه‌گیری این تغییر، می‌توان به حالت کیوبیت پی برد.
در این مطالعه، تیم MIT از معماری‌ای بهره گرفت که در آن کوپلر کوارتون به دو کیوبیت ابررسانا درون یک تراشه متصل شده است. یکی از کیوبیت‌ها نقش رزونانسور را دارد و دیگری به‌عنوان اتم مصنوعی، اطلاعات کوانتومی را ذخیره می‌کند. این اطلاعات از طریق فوتون‌های نور مایکروویو منتقل می‌شوند.
یه می‌گوید: «تعامل میان این اتم‌های مصنوعی ابررسانا و نور مایکروویوی حامل سیگنال، شالوده‌ی کل یک رایانه کوانتومی ابررساناست.»
امکان خوانش سریع‌تر
کوپلر کوارتون موفق به ایجاد پیوند غیرخطی میان نور و ماده شده که حدود یک مرتبه بزرگی قوی‌تر از نمونه‌های پیشین است. این ویژگی می‌تواند سیستم کوانتومی را قادر به خوانش بسیار سریع کند.
براساس گفته‌های اُبرایان، این دستاورد نقطه‌ی پایان نیست، بلکه صرفاً نشان‌دهنده‌ی اصول فیزیکی پایه‌ای است و گروه پژوهشی اکنون در حال کار بر روی افزودن اجزای الکترونیکی دیگر – مانند فیلترها – برای ساخت مدار خوانش کامل‌تری هستند که در سامانه‌های کوانتومی بزرگ‌تر به‌کار رود.
پژوهشگران همچنین موفق به نشان دادن پیوند بسیار قوی بین دو ماده (کیوبیت) شدند که نوعی دیگر از تعامل حیاتی در رایانش کوانتومی است و قصد دارند در آینده آن را بیشتر بررسی کنند.
از آنجا که کیوبیت‌ها عمر محدودی دارند – مفهومی که با عنوان “زمان همدوسی” شناخته می‌شود – انجام سریع‌تر عملیات و خوانش‌ها اهمیت بالایی دارد. پیوندهای غیرخطی قوی‌تر این امکان را فراهم می‌کند که پردازنده کوانتومی با سرعت و دقت بالاتر عمل کند، و در نتیجه کیوبیت‌ها بتوانند تعداد بیشتری اصلاح خطا را در مدت‌زمان کوتاه انجام دهند.
یه می‌گوید: «هرچه تعداد دفعات اصلاح خطا بیشتر شود، خطای نهایی در نتایج کاهش خواهد یافت.»
در بلندمدت، این پژوهش می‌تواند گامی مهم در ساخت رایانه‌های کوانتومی خطاپذیر باشد که برای رایانش کوانتومی در مقیاس واقعی و کاربردی ضروری‌اند.
نویسنده: مؤسسه فناوری ماساچوست (MIT)
منبع: Nature Communications (2025) – بازنشر از MIT News
#روابط_عمومی_در_متن
#سال_هوش_مصنوعی
انتهای پیام/
تمامی حقوق گردآوری و تالیف خبر متعلق به ناشر اصلی آن که در لینک فوق به آن اشاره شده است می باشد. در صورت نیاز به ارسال جوابیه یا توضیح تکمیلی برای مطلب منتشر شده صرفا از طریق مرجع اصلی خبر اقدام نمایید.
