بذار از اینجا شروع کنم که دانشمندای Caltech اخیراً دست به یه شاهکار زدن: اومدن با همگام‌سازی شکفت‌انگیز ۶۱۰۰ تا اتم، رکورد جدیدی تو دنیای کامپیوترهای کوانتومی ثبت کردن! تازه براشون مهم‌تر هم این بود که این سیستم تو دمای معمولی اتاق کار می‌کرد و لازم نبود مثل خیلی از مدلای دیگه، تا نزدیکی صفر مطلق (یعنی سردترین حالتی که فیزیک می‌شناسه!) خنک‌ش کنن. خیلی خفن نیست؟
حالا بریم سر اصل ماجرا! تو این آزمایش، این دانشمندها از اتم‌های خنثی جفت‌شده استفاده کردن تا کیوبیت (qubit) بسازن. حالا کیوبیت چیه؟ همون بیت‌های دنیای کوانتومی‌ان! مثلاً تو کامپیوترای معمولی، بیت فقط می‌تونه ۰ یا ۱ باشه، ولی کیوبیت می‌تونه هر دو رو همزمان باشه! به این حالت می‌گن “برهم‌نهی” یا همون سوپرپوزیشن superposition.
کارشون اینجوری بود که نور لیزر رو به ۱۲ هزار تا “انبرک لیزری” (یا همون laser tweezer — یه جوره وسیله علمی که با نور اتم رو یه نقطه نگه می‌داره) تقسیم کردن و اینجوری کل ۶۱۰۰ تا کیوبیت رو کنترل می‌کردن. تازه فقط تعداد کیوبیت‌ها مهم نبود! این دفعه تونستن مدت زمانی که اتم‌ها تو حالت سوپرپوزیشن می‌مونن (که بهش می‌گن coherence)، از چند ثانیه به ۱۲.۶ ثانیه برسونن. یعنی زمان بیشتری واسه پردازش، محاسبه و چک کردن خطا دارن.
هدف اصلی دانشمندها اینه که یه روزی بتونن کامپیوترهای کوانتومی درست کنن که خیلی راحت اَبَرکامپیوترای فعلی رو، اونم تو کارای حرفه‌ای، شکست بدن. الان بیشتر کامپیوترای کوانتومیِ معمولی، مثل مدلای IBM و گوگل و مایکروسافت، فقط برای مسائل نمایشی یا خاص خوبن، اما هنوز تا حل مسائل واقعی زندگی فاصله دارن. تا الان بیشتر تمرکز روی بالا بردن دوام و مقاومت سیستم‌ها در برابر خطا بوده. چون کیوبیت کوانتومی خیلی حساسه و سر و کله زدن با خطاها و نویزهای مختلف باعث از بین رفتن اطلاعات می‌شه.
تکنیک‌های جدیدی که تو این پروژه استفاده کردن، باعث شد حدود ۱۰ برابر تو چندین بخش اصلی مثل تعداد کیوبیت‌ها، مدت برهم‌نهی و اندازه آرایش (array) پیشرفت داشته باشن. یعنی قبلاً نهایتاً چندصدتا کیوبیت داشتن، اما الان رسیدن به بیشتر از ۶۰۰۰ تا و جالبه که دقت کل سیستم تقریباً ۹۹.۹۸٪ باقی مونده.
یه بخش باحال دیگه آزمایش این بود که آتُم‌ها رو توی آرایش، بدون اینکه سوپرپوزیشن‌شون خراب بشه، صدها میکرومتر (یعنی هزارم متر!) جابجا کردن. اگه این کارو بیشتر توسعه بدن، شاید یه بعد جدیدی توی درستکاری لحظه‌ای خطاها پیدا کنن.
اصلاً چرا این همه اصرار به افزایش تعداد کیوبیت‌ها؟ خب، محقق‌ها می‌گن اگه بخوایم واقعاً از کامپیوتر کوانتومی استفاده‌های گنده بکنیم، باید میلیون‌ها کیوبیت داشته باشیم. چون هر کیوبیت پردازشی باید با یه عالمه کیوبیت خطاگیر (error-corrected qubits یعنی کیوبیت‌هایی که کمک می‌کنن سیستم خطاها رو خودش بفهمه و درست کنه) پشتیبانی بشه. دلیلشم اینه که دنیای کوانتومی سراسر نویزه و کیوبیت‌ها سریع از اون حالت رویایی‌شون خارج می‌شن (که می‌گن دکوهرنس یعنی از دست دادن اون حالت خاص).
یه نکته خیلی جالب اینه که این نوع کیوبیت‌های جدید که با اتم خنثی ساخته می‌شن، تو دمای اتاق راحت کار می‌کنن. این اختلافش با مدل‌های معمولیه که بر پایه فلزات ابررسانا ساخته می‌شن و کلی تجهیزات گرون لازم دارن تا به نزدیک صفر مطلق سردشون کنن. یعنی این اتم‌های خنثی از همون اول، یه امتیاز بزرگ دارن!
سرپرست این تحقیق، پروفسور “مانوئل اندرس”، گفته: «الان دیگه واقعاً داریم مسیر رسیدن به کامپیوترهای کوانتومی بزرگ، مقاوم و بدون خطا رو می‌بینیم. دیگه آجرهای ساختمونی سرجاشونه!».
جلوتر، قدم بعدی تیم اینه که این اتم‌ها رو با پدیده‌ای به اسم درهم‌تنیدگی (entanglement یعنی حالتی که دوتا ذره کوانتومی حتی از راه دور هم روی هم اثر میذارن!) به هم وصل کنن. با درهم‌تنیدگی می‌تونیم کوانتوم‌ها قوی‌تر و با خطای کمتر بسازیم، چون خطاها رو خیلی دقیق‌تر پیدا و اصلاح می‌کنیم.
در کل، ا
منبع: +
