راهکاری برای ایجاد پایداری حالت کوانتومی
یکی از مهم‌ترین چالش‌های تبدیل فناوری کوانتومی از پتانسیل به واقعیت، رسیدن حالت‌های کوانتومی فوق‌العاده ظریف به طول بیشتر از چند میلی‌ثانیه است که دانشمندان در تلاش‌های خود توانستند آن را برای 22 میلی‌ثانیه پایدار نگه دارند.
پژوهشگران این عمل را با کمک پدیده‌ای به نام ناهمدوسی (decoherence) انجام دادند: این پدیده نوعی اختلال در صدای اطراف ناشی از ارتعاشات، نوسانات دما و مداخله در میدان‌های الکترومغناطیسی است که می تواند به راحتی حالت کوانتومی را بشکند.
دستیابی به این موفقیت، زمینه‌های جدید و قابل توجه تحقیق در علم كوانتوم را فراهم می كند. کاربرد گسترده این کشف کمک می کند تا بسیاری از جنبه‌های مهندسی کوانتومی تحت تأثیر قرار گیرد و این امکان را برای تحقیقات جدیدی فراهم می کند که پیش از این غیرعملی بوده‌اند.
کوین میائو (Kevin Miao) پژوهشگر فیزیک کوانتومی از دانشگاه شیکاگو در این رابطه گفت: «با این رویکرد، ما تلاش نمی‌کنیم صداهای موجود در محیط اطراف را از بین ببریم. ما سیستم را طوری طراحی کردیم که صدایی را دریافت نکند.»
در حقیقت با اعمال یک میدان مغناطیسی متناوب روی نوعی سیستم کوانتومی به نام solid-state qubit، علاوه بر پالس‌های الکترومغناطیسی استاندارد مورد نیاز برای کنترل چنین سیستمی، تیم دانشمندان قادر به تنظیم صدای غیرضروری بود.
با استفاده از روش جدید، سیستم کوانتوم solid-state qubit برای ۲۲ میلی‌ثانیه پایدار باقی ماند که این مدت زمان در مقایسه با تلاش‌های پیشین، چهار مرتبه یا ۱۰ هزار برابر بیشتر محسوب می شود. البته این مدت زمان بسیار اندک بوده و هنوز کمتر از یک‌دهم زمانی است که انسان برای چشمک زدن نیاز دارد.
در پردازش کوانتومی، کیوبیت (qubit) واحد پایه‌ای پردازش کوانتومی و رمزنگاری کوانتومی بوده و مشابه بیت در رایانه‌های کلاسیک است اما به جای اینکه تنها قادر به کدگذاری صفر و یک باشد، می تواند به حالت ابررسانی دست پیدا کرده که قدرت آن را بسیار بیشتر می کند.
درتعریف علمی،ناهمدوسی (decoherence) از دست دادن همدوسی کوانتومی است. در مبحث کوانتومی ذراتی مانند الکترون توسط یک تابع موج، یک توصیف ریاضی حالت کوانتومی یک سیستم، توصیف می‌شوند و طبیعت احتمالی تابع موج باعث به وجود آمدن اثرات کوانتومی مختلف می‌شود. تا زمانی که رابطه قابل تعریف بین فاز و حالت‌های مختلف این سیستم وجود داشته باشد، این سیستم همدوس است.
اما هنگامی که یک سیستم کوانتومی کاملاً ایزوله نبوده و در تماس با محیط اطراف خود باشد، این همدوسی با زمان از بین می‌رود که به آن ناهمدوسی کوانتمی می‌گویند. رویکرد جدید می تواند راه حل عملی‌تری برای این تعارف ارائه دهد.
دیوید اویشالوم (David Awschalom)، فیزیكدان و پژوهشگر آزمایشگاه ملی آرگون آمریكا در این رابطه می‌گوید: « دستیابی به این موفقیت، زمینه‌های جدید و قابل توجه تحقیق در علم كوانتوم را فراهم می كند. کاربرد گسترده این کشف کمک می کند تا بسیاری از جنبه‌های مهندسی کوانتومی تحت تأثیر قرار گیرد و این امکان را برای تحقیقات جدیدی فراهم می کند که پیش از این غیرعملی بوده‌اند.»
محققان معتقدند که این کار باید در زمینه‌های دیگر فیزیک کوانتومی نیز انجام شود، بدون اینکه نیازی به تعدیل بیش از حد آن باشد. برای نمونه ابررسانا، بیت‌های کوانتومی و سیستم‌های کوانتومی مولکولی سیستم‌های دیگری هستند که می‌توانند از این روش بهره ببرند.
مترجم:نیروانا حسینی
No tags for this post.
