new simulator is next step on the road to developing quantum computers

شبيه‌ساز جديد گام بعدي در راه رسيدن به رايانه‌هاي کوانتومي است

 

دانشمندان به طور نظري روش جديدي را براي ساختن يک شبيه‌ساز ثابت کرده‌اند که مي‌تواند رفتار اتم‌ها و ذرات در دستگاه‌هاي کوانتومي را بازآفريني کند. شبيه‌ساز پيشنهادي  از اين‌رو منحصر به فرد است که به پژوهشگران امکان کنترل حرکت و برهم کنش تک‌تک اتم‌ها با يک‌ديگر را مي‌دهد. قابليت کنترل بخش‌هاي منفرد دستگاه کوانتومي کليد توسعه رايانه‌هاي کوانتومي در آينده است.

واژه‌ي « دستگاه کوانتومي» براي توصيف دستگاهي به کار مي‌رود که قانون‌هاي مکانيک کوانتومي در آن حکمفرماست، در مقابل دستگاه‌هايي که قانون‌هاي فيزيک کلاسيک مانند مکانيک، گراني و نظريه نسبيت عام انيشتين بر آن‌ها حاکم است. مکانيک کوانتومي وقتي وارد کار مي‌شود که دستگاه‌ها به اندازه اتم‌ها يا کوچک‌تر  باشند، زيرا در اين مقياس‌هاي کوچک قانون‌هاي معمولي مکانيک ديگر کاربردي ندارند. دستگاه‌هاي محاسبه کوانتومي آينده، که تاکنون به طور موفقيت‌آميزي به وجود نيامده‌اند، متکي بر کار دانشمنداني خواهد بود که رفتار کوانتومي را براي به وجود آمدن دستگاه‌هايي به کار مي‌گيرند که سرعت و توانايي‌هاي پردازش آ‌ن‌ها بسيار فراتر از رايانه‌هاي فعلي مبتني بر سيلسيم است.

اين بررسي، که در مجله نيچر فيزيکز منتشر شده است، نشان مي‌دهد که مي‌توان ابزاري ساخت که توانايي شبيه‌سازي رفتار اتم‌ها و ديگر ذرات طبق قانون‌هاي فيزيک کوانتومي را دارد. شبيه‌ساز پيشنهادي از اتم‌ها و فوتون‌ها- ذرات نور- در آرايه‌اي از کاواک‌هاي سيلسيمي بسيار کوچک تشکيل مي‌شود که پهناي آن‌ها 50 ميکرومتر است. پژوهشگران نشان داده‌اند که اتم‌‌ها و فوتون‌هاي داخل کاواک‌ها ،دستگاه بس جسمي بر هم کنش‌کننده‌اي را تشکيل مي‌دهند و فوتون‌ها ضمن پراکنده شدن از روي يک‌ديگر از کاواکي به کاواک ديگر مي‌پرند- که همه‌ي آن‌ها مثال هايي از رفتار  کوانتومي است.

دکتر مايکل.جي. مارتمان [1]، که رهبر گروه است با همکاران خودآقاي فرناندو برانادو[2] و استاد مارتين پلنيو[3] از گروه فيزيک امپريال کالج و انستيوي علوم رياضي گفت « پژوهش ما به طور مو فقيت‌آميز نشان داده است که مي‌توان شبيه‌ساز دستگاهي را به‌وجود آورد که قانون‌هاي فيزيک کوانتومي بر آن حاکم است، و در آن دانشمندان مي‌توانند رفتار تک تک ذرات را کنترل کنند. اين يک کشف نظري مهم براي ساخت رايانه‌هاي کوانتومي در آينده است، که توان اتم‌ها را براي انجام محاسبه‌هاي بيليون‌ها بار سريع‌تر از رايانه‌هاي فعلي به کار مي‌گيرد- ما بايد بتوانيم دستگاه‌هاي کوانتومي را به اين صورت ماهرانه کنترل کنيم.»

به گفته استاد پلينو: « در کوتاه مدت مي‌توان از اين شبيه‌ساز براي آزمون توانايي‌هاي مواد در سطح اتمي و زيراتمي  استفاده کرد که در آن فيزيک کوانتومي بر رفتار اتم‌ها حکمفرماست. در دراز مدت انتظار داريم که اين نوع شبيه‌ساز را بتوان بالقوه براي توليد مواد جديدي به کاربرد که توانايي‌ها و ويژگي‌هاي آن‌ها به صورت طبيعي موجود نيست.»

 
ترجمه : منیژه رهبر

[1]- Martin Hartmann

[2] - Fernando Brandao

[3] - Martin Plenio