در رایانه‌های معمولی برای ذخیره داده‌ها و انجام محاسبات از بیت‌های 0 و 1 استفاده می‌شود، اما در رایانه‌های کوانتومی، کیوبیت (qubit) واحد پایه پردازش و رمزنگاری کوانتومی است. کیوبیت یک سامانه کوانتومی دوحالتی است که توسط مکانیک کوانتومی قابل توصیف است.
مکانیک کوانتومی به کیوبیت اجازه می‌دهد که در حالت‌های کلاسیک 0 و 1 یا حتی ترکیبی از هر دو حالت 0 و 1 به صورت همزمان باشد.
بازی قایم باشک کوانتومی
در یک رایانه کوانتومی، محاسبات از طریق دستکاری ارزش یک کیوبیت به دست می‌آید و این مسأله بستگی به ارزش کیوبیت‌های دیگر دارد. در بیشتر موارد، هر کیوبیت در یک سیستم یکسان هستند؛ بنابراین اگر ابزاری برای تغییر یک کیوبیت در اختیار داشته باشیم، همان ابزار می‌تواند کیوبیت‌های همجوار را نیز تغییر دهد.
به عنوان مثال، یک رایانه کوانتومی شامل رشته‌ای از یون‌های قرار گرفته در کنار هم در یک تله است (یون‌ها، اتم‌هایی هستند که یک یا چند الکترون از دست داده یا به دست آورده‌اند). یون‌ها از طریق حرکت رو به عقب و جلو بر یکدیگر اثر می‌گذارند. این حرکت جمعی برای جفت شدن کیوبیت‌ها با یکدیگر مورد استفاده قرار می‌گیرند، اما این حرکت به راحتی دچار اختلال می‌شود.
تصور کنید که قصد دارید یون مرکزی را تنظیم کنید؛ با تاباندن لیزر روی یون مرکزی، یک فوتون جذب می‌شود که وضعیت کیوبیت را تغییر می‌دهد. حال تصور کنید که فوتونی که جذب نشده باشد، مانند توپ پینت‌بال در تله یون‌ها گرفتار شده و باعث ایجاد اختلال در همه یون‌ها می‌شود. در نهایت این مسأله باعث کاهش اثربخشی رفتار جمعی مورد نیاز برای محاسبات کوانتومی می‌شود.
در شرایط بدتر، فوتون پراکنده‌شده می‌تواند به کیوبیت همجوار برخورد کرده و جذب شود. درصورتی که این اتفاق بیافتد، با یک خطا در محاسبات مواجه خواهید شد.
ناظر کوانتومی
برای حل این مشکل، گروهی از پژوهشگران موسسه الکترونیک کوانتومی در ETH زوریخ در تحقیقات خود نشان دادند که چگونه می‌توان از یک ناظر کوانتومی (quantum bystander) برای حفظ وضعیت کیوبیت‌ها برای زمان طولانی‌تر استفاده کرد.
به جای استفاده از یک رشته یون‌های یکسان، پژوهشگران از دو یون متفاوت استفاده کردند. بین هرکدام از یون‌های بریلیم (beryllium) که برای محاسبات کوانتومی استفاده می‌شوند، یک یون کلسیم قرار داده شد.
فوتون‌های پراکنده‌شده از یون‌های بریلیم نمی‌توانند به راحتی به سایر یون‌های بریلیم برسند، زیرا یون‌های کلسیم در مسیر آنها قرار دارند. یون‌های کلسیم به یک رنگ کاملا متفاوت نور نیاز دارند، بنابراین نور پراکنده‌شده از یون بریلیم باعث تغییر وضعیت کوانتومی یون کلسیم نمی‌شود، درحالی که نور پراکنده‌شده از یون‌های کلسیم نیز بر یون‌های بریلیم اثر نمی‌گذارند.
با این حال یون‌های همجوار به طورکامل از یکدیگر جدا نیستند. کیوبیت‌ها همچنان از طریق حرکت یون‌ها، جفت می‌شوند. در این شرایط، یون کلسیم وارد عمل می‌شود. زمانی که یون‌ها نور را جذب یا پراکنده می‌کنند، ضربه‌ای را دریافت می‌کنند که حرکت آنها را سریع‌تر می‌کند.
حرکت یون‌های کلسیم باید کنترل شوند، به طوری که ارتباط بین کیوبیت‌ها نیز تحت کنترل قرار بگیرد. برای این کار، پژوهشگران از لیزر برای کند کردن حرکت یون‌های کلسیم استفاده کردند و در نتیجه، تمام یون‌ها تحت کنترل قرار گرفتند.
در این شرایط (استفاده از یون بریلیم و یون کلسیم)، نرخ از دست دادن اطلاعات 20 برابر کندتر از زمانی است که از دو یون بریلیم استفاده می‌شود.
مترجم: معصومه سوهانی
منبع: arstechnica
No tags for this post.