یک رایانه کوانتومی پیشرفته که با بهره‌گیری از فناوری‌های ساده‌ای مانند لیزر، نمایشگرهای دیجیتال و لنز ساخته شده است، می‌تواند دسترسی به محاسبات کوانتومی را برای همه ممکن سازد. این رویکرد خلاقانه، که توسط محققان دانشگاه ویتس توسعه یافته، از ویژگی‌های بی‌نظیر نور برای انجام محاسبات پیچیده استفاده کرده و جایگزینی مقرون به صرفه و عملی برای سیستم‌های کوانتومی سنتی ارائه می‌کند.
مهار نور برای محاسبات کوانتومی
رایانه‌های کوانتومی به خاطر قدرت محاسباتی بی‌نظیرشان مشهور هستند، اما قیمت بالایی دارند. سیستم‌های سنتی به مواد تخصصی، الکترونیک پیشرفته و سیستم‌های برودتی نیاز دارند که اغلب میلیون‌ها دلار هزینه دارند. این مانع هزینه، محاسبات کوانتومی را به تعداد کمی از مناطق جهان محدود کرده است. با این حال، محققان دانشگاه ویتواترسرند در ژوهانسبورگ، جایگزین هیجان‌انگیزی را نشان داده‌اند: یک رایانه کوانتومی ساخته شده با اجزای موجود.
این سیستم نوآورانه از پرتوهای لیزر، نمایشگرهای دیجیتال (مانند آنچه در پروژکتورها یافت می‌شود) و لنزهای ساده برای پردازش اطلاعات استفاده می‌کند. با کمال تعجب، علیرغم سادگی آن، این رایانه با موفقیت وظایف کوانتومی پیچیده‌ای را انجام داد و از قابلیت‌های رایانه‌های کلاسیک فراتر رفت.
علم پشت محاسبات کوانتومی مبتنی بر نور
در قلب این موفقیت، “نور کلاسیک ساختار یافته” قرار دارد. این نوع پرتو نور برای داشتن اشکال، ساختارها یا فازهای خاص دستکاری می‌شود و آن را قادر می‌سازد تا اطلاعات پیچیده‌ای را حمل کند. محققان از این ویژگی برای پیاده‌سازی اصول کوانتومی مانند برهم‌نهی، جایی که یک سیستم می‌تواند به طور همزمان در چندین حالت وجود داشته باشد، استفاده کردند.
با استفاده از این اصول، تیم ضرب ماتریس فوتونیکی را نشان داد – با استفاده از الگوهای نور برای انجام عملیات ریاضی با ماتریس‌ها. با اتصال نحوه تعامل نور با دستگاه‌های نوری مانند نمایشگرهای دیجیتال و لنزها به عملیات کوانتومی، آنها به طور موثر یک سیستم کوانتومی کاربردی ساختند.
یکی از آزمایش‌های قابل توجه سیستم آنها شامل الگوریتم Deutsch-Jozsa بود. این الگوریتم تعیین می‌کند که آیا یک تابع ثابت است (تولید خروجی یکسان برای هر ورودی) یا متعادل (تولید خروجی‌های متفاوت برای نیمی از ورودی‌ها). در حالی که به ظاهر ساده به نظر می‌رسد، این آزمایش معیاری برای ارزیابی کارایی رایانه‌های کوانتومی در مقایسه با سیستم‌های کلاسیک است.
عملکرد بهتر از رایانه‌های کلاسیک
عملکرد این رایانه کوانتومی مبتنی بر نور فراتر از انتظارات بود. برخلاف رایانه‌های کلاسیک که داده‌های دودویی (۰ و ۱) را پردازش می‌کنند، این سیستم می‌تواند ۱۶ سطح متمایز از اطلاعات را به طور همزمان مدیریت کند. موزی کونی، محقق اصلی و کاندیدای کارشناسی ارشد در دانشگاه ویتس، خاطرنشان کرد که این فناوری از نظر تئوری می‌تواند به میلیون‌ها سطح اطلاعات گسترش یابد، که نشان دهنده یک جهش تحول آفرین در ظرفیت محاسباتی است.
ایزاک ناپ، یکی دیگر از محققان کلیدی و متخصص در فناوری کوانتومی، بر مزیت استفاده از نور تأکید کرد. رایانه‌های سنتی مانند تابلوهای سوئیچ عمل می‌کنند و اطلاعات را از طریق تصمیمات دودویی پردازش می‌کنند. در مقابل، رویکرد مبتنی بر لیزر به طور همزمان احتمالات متعددی را پردازش می‌کند و به طور چشمگیری قدرت و سرعت محاسبات را افزایش می‌دهد.
پیامدهایی برای تحقیقات کوانتومی
این نوآوری پیامدهای عمیقی برای آینده محاسبات کوانتومی دارد. با حذف نیاز به مواد پرهزینه و تخصصی، این فناوری می‌تواند محاسبات کوانتومی را برای محققان و مؤسسات در مناطق با منابع محدود در دسترس قرار دهد. برنامه‌های بالقوه در زمینه‌هایی مانند رمزنگاری، هوش مصنوعی و مدل‌سازی داده‌های پیچیده گسترش می‌یابد.
علاوه بر این، این رویکرد بر تطبیق پذیری و قدرت سیستم‌های کوانتومی مبتنی بر نور تأکید می‌کند. در صورت توسعه و مقیاس بیشتر، می‌تواند راه را برای پذیرش گسترده فناوری کوانتومی هموار کند و اساساً نحوه حل برخی از پیچیده‌ترین مشکلات جهان را تغییر دهد.
آینده‌ای روشن برای دسترسی کوانتومی
محققان دانشگاه ویتس با نشان دادن اینکه می‌توان با ابزارهای معمولی به نتایج خارق‌العاده‌ای دست یافت، فصل جدیدی را در محاسبات کوانتومی گشوده‌اند. کار آنها این تصور را که سیستم‌های کوانتومی باید بسیار گران و انحصاری باشند، به چالش می‌کشد و نگاهی اجمالی به آینده‌ای فراگیرتر از نظر فناوری ارائه می‌دهد.
با ادامه پیشرفت‌ها، این رویکرد مبتنی بر نور می‌تواند مرزهای علم محاسبات را دوباره تعریف کند و محاسبات کوانتومی را به واقعیت برای نوآوران و محققان در سراسر جهان تبدیل کند.
اگر به خواندن کامل این مطلب علاقه‌مندید، روی لینک مقابل کلیک کنید: interesting engineering
