تراشه کامپیوتری جدید می تواند اطلاعات کوانتومی را به شکل نور ذخیره کند

محققان برای اولین بار تراشه های حافظه کوانتومی در مقیاس نانو تولید کرده اند که اطلاعات را در فوتون های مجزا ذخیره می کند. این تراشه ها با نرخ موفقیت 97 درصد،  قادر به ذخیره اطلاعات برای 75 نانو ثانیه قبل از انتشار هستند. 

ذخیره داده ها در نور

دوره استفاده از رایانه های کوانتومی تقریباً بسیار نزدیک است. و در حال حاضر گروهی از محققان به سرپرستی مهندسان کالتچ (Caltech) یک تراشه کامپیوتری تولید کرده اند که ما را یک گام به دوران جدیدی در محاسبات نزدیک می کند.

رایانه های سنتی و کوانتومی هر دو داده ها را به صورت کد های دوتایی (باینری) ذخیره می کنند. با این وجود، در حالی که کامپیوترهای سنتی اطلاعات را به صورت بیت به عنوان 1 یا 0 ذخیره می کنند، داده های کوانتومی به صورت کوبیت (qubits) به عنوان 1، 0 یا هر دو به طور همزمان ذخیره می شوند.

از آن جایی که پروتون ها دارای شارژ و جرم نیستند، یک محیط فوق العاده امن و کارآمد برای ذخیره داده های کوانتومی هستند. اما فهمیدن این که چگونه از پروتون های منفرد برای ذخیره و انتقال داده های کوانتومی استفاده می شود، ثابت شده است که امری بسیار دشوار است. به نظر می رسد انجام این کار روی تراشه و در مقیاس نانو غیر ممکن است. اما محققان کالتچ آن را کشف کردند.

تراشه ی تولید شده توسط این محققان، کوچک ترین نمونه از دستگاه حافظه کوانتومی نوری در جهان است. این تراشه با ماژول های حافظه به عرض 700 نانومتر و طول 15 میکرون ایجاد شده است. (تقریباً هم اندازه گلبول های قرمز) که با حفره های نوری ساخته شده توسط کریستال های doped و یون های کم یاب زمینی است. این یون ها به هر یک از ماژول ها اجازه می دهد تا به طور موثر تری فوتون های منفرد را با استفاده از یک لیزر به خود جذب کنند.

عصر جدید

در طی آزمایش اولیه، تراشه ها قادر به ذخیره داده ها تا 75 نانو ثانیه قبل از انتشار بودند و نرخ شکست آن ها فقط 3 درصد بود. با این حال برای آن که این تراشه ها در شبکه های کوانتومی باقی بمانند، می بایست بتوانند اطلاعات را به مدت یک میلی ثانیه نگه دارند. خوشبختانه، در نظر گرفتن این الزام، یکی از اهداف تیم است که به سمت آن در حال پیش روی هستند. آن ها همچنین قصد دارند بهترین راه را برای وارد کردن تراشه های خود در مدار های کوانتومی پیچیده پیدا کنند. با این که تیم به در انتظار آینده است، نسبت به تمام چیز هایی که تا کنون به دست آورده است، خرسند است.

آندره فاراعون، استادیار فیزیک کاربردی و علوم مواد در کالتچ و نویسنده متناظر این مطالعه، در انتشار اخبار جدید کالتچ این طور توضیح داد: “چنین وسیله ای جزء ضروری برای توسعه آینده شبکه های کوانتومی نوری است که می تواند برای انتقال اطلاعات کوانتومی استفاده شود.”

تيان ژونگ، محقق پسا دکترا کالتچ و  نویسنده اصلی اين مطالعه، افزود: “این فناوری نه تنها منجر به مینیاتوری شدن شدید دستگاه های حافظه کوانتومی می شود، بلکه همچنین می تواند کنترل بهتر تعاملات میان فوتون ها و اتم های منفرد را فعال کند.”

کالتچ تنها سازمانی نیست که محققان آن در زمینه فناوری کوانتوم فعالیت می کنند.

محققان MIT اخیراً راهی جدید برای تولید انبوه کوبیت ها ارائه داده است. در حالی که محققان آزمایشگاه اندازه گیری فوتونیک و کوانتومی EPFL به دنبال استفاده از گرافین برای ساخت یک خازن کوانتومی می باشند که می توانند کوبیت هایی را ایجاد کنند که پایدارتر باشند. محققان دانشگاه نیو ساوت ولز استرالیا یک نوع کاملا جدیدی از کویت را به طور کامل طراحی کرده اند.

این نتایج و دیگر تحولات اخیر در جهان محاسبات کوانتومی هیجان انگیز است، و بسیاری از آن ها بدون شک نقش مهمی در شکل دادن آینده ما با رایانه های کوانتومی ایفا خواهند کرد. برخی پیش بینی می کنند که ما ممکن است از این دستگاه های قدرتمند برای درمان بیماری ها و مقابله با هک شبکه های کامپیوتری در سال آینده استفاده کنیم.

گفته می شود تا پذیرش گسترده رایانه های کوانتومی هنوز خیلی مانده است. برخی از کارشناسان پیش بینی کرده اند که این دستگاه ها تا بیست سال آینده یا حتی بیش تر برای استفاده کاربران آماده نیستند و هنگامی که آن ها وارد می شوند، اطمینان حاصل شود که برای ایجاد استفاده می شوند و نه تخریب؛ که این امر به نوبه خود چالش هایی را به همراه خواهد داشت.