محققان پیشرفت قابل توجهی در این زمینه داشته اند محاسبات کوانتومی با تطبیق یک پمپ گردش مایکروویو برای کنترل دقیق عدم تعامل بین یک کیوبیت و یک حفره تشدید. این نوآوری نه تنها کنترل را در رایانه های کوانتومی بهبود می بخشد، بلکه مدل های نظری را برای تحقیقات آینده ساده می کند.

دانشمندان به رهبری دانشگاه ماساچوست آمهرست دستگاهی به نام پمپ گردش مایکروویو را برای استفاده در رایانه‌های کوانتومی اقتباس کرده‌اند که برای اولین بار به آنها اجازه می‌دهد تا درجه دقیق عدم تعامل بین یک کیوبیت، واحد اساسی محاسبات کوانتومی را تنظیم کنند. و یک حفره رزونانس مایکروویو. توانایی تنظیم دقیق درجه عدم متقابل ابزار مهمی در پردازش اطلاعات کوانتومی است.

در همان زمان، تیم، از جمله همکاران از دانشگاه شیکاگو، یک نظریه کلی و به طور گسترده قابل استفاده را به دست آورد که درک قدیمی تر از غیر متقابل را ساده و گسترش می دهد به طوری که کار آینده روی موضوعات مشابه می تواند از مدل تیمی بهره مند شود، حتی زمانی که از اجزا و پلت فرم های مختلف استفاده می شود. این مطالعه اخیرا در منتشر شده است پیشرفت علمی.

محاسبات کوانتومی اساساً با محاسبات مبتنی بر بیت که همه ما هر روز انجام می دهیم متفاوت است. بیت بخشی از اطلاعات است که معمولاً به صورت 0 یا 1 بیان می شود. بیت ها اساس همه نرم افزارها، وب سایت ها و ایمیل هایی هستند که دنیای الکترونیکی ما را تشکیل می دهند.

در مقابل، محاسبات کوانتومی متکی به «بیت‌های کوانتومی» یا «کیوبیت‌ها» است که مانند بیت‌های معمولی هستند، با این تفاوت که آنها با «برهم نهی کوانتومی» دو حالت یک شی کوانتومی نشان داده می‌شوند. ماده در حالت کوانتومی رفتار بسیار متفاوتی دارد، به این معنی که کیوبیت ها فقط 0 یا 1 نیستند – آنها می توانند هر دو در یک زمان به گونه ای باشند که به نظر جادویی می رسد اما با قوانین مکانیک کوانتومی به خوبی تعریف شده است. این خاصیت برهم نهی کوانتومی منجر به افزایش توانمندی کامپیوترهای کوانتومی می شود.

علاوه بر این، ویژگی به نام “non-reciprocity” می‌تواند فرصت‌های بیشتری را برای محاسبات کوانتومی برای بهره‌برداری از پتانسیل دنیای کوانتومی ایجاد کند.

شاون ون گلدرن، دانشجوی فارغ التحصیل فیزیک در UMass Amherst و یکی از نویسندگان مقاله می گوید: «مکالمه ای بین دو نفر را تصور کنید. «تقابل کامل زمانی است که همه افراد در آن مکالمه مقدار یکسانی اطلاعات را به اشتراک می‌گذارند. غیر متقابل بودن زمانی است که یک نفر کمی کمتر از دیگری سهیم باشد.

چن وانگ، نویسنده ارشد، استادیار فیزیک در UMass Amherst، می‌گوید: «این در محاسبات کوانتومی مطلوب است، زیرا سناریوهای محاسباتی زیادی وجود دارد که در آن‌ها می‌خواهید دسترسی زیادی به داده‌ها بدهید بدون اینکه به کسی قدرت تغییر یا فساد بدهید. داده است.”

برای کنترل غیرمتقابل بودن، نویسنده اصلی، یینگ-یینگ وانگ، دانشجوی فارغ التحصیل فیزیک در UMass Amherst، و همکارانش مجموعه‌ای از شبیه‌سازی‌ها را برای تعیین طراحی و ویژگی‌هایی انجام دادند که گردشگرشان باید بتواند آن را تغییر دهد. غیر متقابل . آن‌ها سپس دستگاه گردش خون خود را ساختند و آزمایش‌های متعددی را نه تنها برای اثبات مفهوم خود، بلکه برای درک اینکه دستگاهشان دقیقاً چگونه اجازه عدم عمل متقابل را می‌دهد، انجام دادند. در این فرآیند، آنها توانستند مدل خود را که شامل 16 پارامتر بود که نحوه ساخت دستگاه خاص خود را توصیف می‌کرد، به یک مدل ساده‌تر و کلی‌تر از شش پارامتر اصلاح کنند. این مدل اصلاح شده و کلی تر بسیار مفیدتر از مدل اصلی و خاص تر است، زیرا به طور گسترده در تعدادی از تلاش های تحقیقاتی آینده قابل استفاده است.

“دستگاه غیر متقابل یکپارچه” ایجاد شده توسط تیم شبیه “Y” است. در مرکز “Y” گردشگر قرار دارد که مانند یک دوربرگردان برای سیگنال های مایکروویو است که واسطه برهمکنش های کوانتومی است. یکی از پایه ها پورت حفره است، یک حفره ابررسانا تشدید کننده که در آن یک میدان الکترومغناطیسی قرار دارد. پایه دیگری از “Y” کیوبیت چاپ شده روی یک تراشه یاقوت کبود را نگه می دارد. آخرین گام درگاه خروجی است.

Ying-Ying Wang می‌گوید: «اگر میدان الکترومغناطیسی ابررسانا را با بمباران فوتون‌ها تغییر دهیم، می‌بینیم که این کیوبیت به روشی قابل پیش‌بینی و کنترل پاسخ می‌دهد، به این معنی که می‌توانیم دقیقاً چه مقدار رابطه متقابل را می‌خواهیم تنظیم کنیم. و مدل ساده شده ای که ما ایجاد کردیم، سیستم ما را به گونه ای توصیف می کند که می توان پارامترهای خارجی را برای تنظیم درجه دقیق عدم متقابل محاسبه کرد.

چن وانگ می‌گوید: «این اولین نمایش آسیب‌ناپذیری در یک دستگاه محاسباتی کوانتومی است، و دری را به روی مهندسی سخت‌افزار محاسبات کوانتومی پیچیده‌تر باز می‌کند.»

مرجع: “غیر متقابل پراکنده کیوبیت حفره” توسط یینگ-یینگ وانگ، یو-شین وانگ، شان ون گلدرن، توماس کانولی، آشیش آ.کلرک، و چن وانگ، 17 آوریل 2024، پیشرفت علمی.
DOI: 10.1126/sciadv.adj8796

بودجه این تحقیق توسط وزارت انرژی ایالات متحده، دفتر تحقیقات ارتش، بنیاد سیمونز، دفتر تحقیقات علمی پایگاه نیروی هوایی تامین شده است.، بنیاد ملی علوم ایالات متحده و همکاری آزمایشگاه علوم فیزیکی کیوبیت.