حتماً تا حالا اسم کامپیوتر کوانتومی به گوشت خورده؛ همون دستگاه‌هایی که روی کاغذ می‌تونن مسائل عجیب و پیچیده‌ای رو حل کنن که حتی قوی‌ترین کامپیوترهای معمولی هم از پسش برنمیان. اما خب همیشه یه مشکل بزرگ سر راهشون بوده: کیوبیت‌ها (qubit یعنی یه بیت کوانتومی که همزمان می‌تونه صفر و یک باشه، مثل سناریوی معروف گربه شرودینگر که همزمان مرده و زنده‌ست!) خیلی خیلی حساسن و تا با محیط اطرافشون تماس داشته باشن، حالت کوانتومی‌شون به راحتی به هم می‌ریزه. این باعث میشه ساخت یه کامپیوتر کوانتومی پایدار واقعاً سخت باشه.
اینجاست که یه ایده بامزه وارد ماجرا میشه: یه تیم ریاضی‌دان اومدن سراغ ذراتی که قبلاً همه فکر می‌کردن به هیچ دردی نمی‌خورن و اسماً گذاشتنشون کنار! حالا می‌خوان با همین ذرات به ظاهر بی‌خاصیت یا به قول خودشون “نگلکتون” (Neglecton یعنی ذره‌ای که قبلاً بهش بی‌توجهی شده و کسی تحویلش نمی‌گرفته)، یه انقلاب تو کامپیوترهای کوانتومی راه بندازن.
ماجرا از اونجا شروع شد که یه مدل خاص از شبه‌ذرات به اسم “آنیون آیزینگ” (Ising anyon) که فقط تو سیستم‌های دو‌بعدی پیدا می‌شن، حسابی توجه دانشمندها رو جلب کرد. اگه بخوام راحت بگم، آنیون‌ها ذراتی هستن که نه مثل فرمیون‌ها و نه مثل بوزون‌ها رفتار می‌کنن، یه جور شخصیت عجیب دارن که این وسط توی فیزیک کوانتومی نقش مهمی دارن. سیستم‌های تاپولوژیک (Topological Quantum Computing یعنی روشی که اطلاعات نه تو خود ذره، بلکه تو نحوه حرکت و بافتن یا همون braid کردن ذره‌ها دور هم ذخیره میشه) حسابی امن و باثبات هستن؛ چون اطلاعاتشون راحت تحت تأثیر محیط قرار نمی‌گیره.
ولی یه اشکال مهم وجود داره؛ اونم اینه که آنیون‌های آیزینگ همه عملیات کوانتومی رو نمی‌تونن انجام بدن (به اصطلاح علمی، یونیورسال یا کامل نیستن؛ مثل اینه که کیبوردت فقط نصف دکمه‌ها رو داشته باشه). یعنی بازم یه جورایی دستت بسته‌ست.
حالا این تیم دانشمند اومدن و رفتن سراغ یه سری معادلات ریاضی که قبلاً خیلیا فکر می‌کردن اهمیت خاصی ندارن؛ بهشون میگن نظریه میدان کوانتومی تاپولوژیک غیر نیم‌ساده (Non-semisimple Topological Quantum Field Theory یعنی یه مدل ریاضی که با روابط تقارن توی ذرات سر و کار داره). اونا فهمیدن هر ذره تو این مدل یه عدد بهش وصل میشه که بهش میگن “بُعد کوانتومی” (Quantum dimension، یعنی نشون می‌ده ذره چقدر مهم یا تاثیرگذار تو سیستم هست). اگه این عدد صفر درمیومد، خیلی راحت همون ذره رو حذف می‌کردن.
ولی این دانشمندها گفتن صبر کن! اگه یه راهی پیدا کنیم که همین ذرات با بُعد صفر رو دوباره تعریف کنیم و بُعدشون رو صفر نکنیم چی؟ شد همون نگلکتون‌های دوست‌داشتنی!
اونا نشون دادن که فقط کافیه یه نگلکتون رو وارد ماجرا بکنی تا سیستم آنیون آیزینگ بتونه همه عملیات کوانتومی رو فقط با همون بافتن یا braid کردن انجام بده و دیگه محدودیت اصلیش کاملاً برطرف شه. اینم یعنی مسیر رسیدن به کامپیوترهای کوانتومی باحال و کاربردی‌تر بازتر میشه.
یه چیزی هم جذاب درباره آنیون‌ها بگم. توی دنیای سه‌بعدی که ما می‌شناسیم (مثلاً ذره‌هایی مثل بوزون و فرمیون که بارها اسمشون به گوشتون خورده)، اگه دو تا ذره دور هم بچرخن، می‌تونیم راحت مسیر حرکتشون رو باز کنیم. اما تو دنیای دو‌بعدی خبری از بالا و پایین نیست؛ این باعث میشه حرکت آنیون‌ها هیچ وقت باز نشه و همین رفتار عجیب، یه فیزیک کاملاً جدید به وجود میاره.
کلاً دانشمندها الان خیلی ذوق دارن که شاید لازم نباشه همیشه دنبال مواد یا ذرات عجیبی باشیم یا معجون درست کنیم، فقط کافیه با یه نگاه ریاضی متفاوت به چیزایی که تو دستمونه نگاه کنیم!
در نهایت فعلاً قرار نیست فردا پس‌فردا همه آدم‌ها یه لپ‌تاپ کوانتومی روی میز کارشون داشته باشن، اما این کشف نشون داد با همون ابزارها و سیستم‌های آشنای قبلی، میشه کلی چیز جدید و باحال ساخت؛ فقط کافیه یه کم اون قطعات فراموش‌شده رو دوباره بازی بدیم تو زمین!
منبع: +
