اخبار کوانتومی – به دام انداختن مولکول ها برای انجام عملیات کوانتومی برای اولین بار
عنوان خبر: به دام انداختن مولکول ها برای انجام عملیات کوانتومی برای اولین بار
ژانر/موضوع: محاسبات کوانتومی، کیوبیت مولکولی
تاریخ انتشار خبر: 21 ژانویه 2025
لینک خبر: phys.org
چکیده:
برای اولین بار، پژوهشگران دانشگاه هاروارد موفق شدند مولکول‌ها را برای انجام عملیات کوانتومی به دام انداخته و بر چالش‌های طولانی‌مدت در محاسبات کوانتومی مولکولی غلبه کنند. آن‌ها با استفاده از مولکول‌های فوق‌سرد سدیم-سزیم (NaCs) به‌عنوان کیوبیت، یک گیت کوانتومی iSWAP را پیاده‌سازی کرده و به فیدلیتی ۹۴ درصد در ایجاد حالت درهم‌تنیده کوانتومی دست یافتند.برخلاف سایر پلتفرم‌های محاسبات کوانتومی، مولکول‌ها دارای ساختارهای داخلی پیچیده‌تری هستند که میتواند پردازش کوانتومی را بهبود بخشد. اما حرکت غیرقابل پیش‌بینی آن‌ها یک چالش بزرگ بود. پژوهشگران با استفاده از انبرک‌های نوری و کنترل دقیق برهم‌کنش‌های دوقطبی-دوقطبی توانستند مولکول‌ها را در یک حالت کوانتومی پایدار نگه دارند.این پیشرفت، به‌عنوان آخرین گام برای ساخت کامپیوترهای کوانتومی مولکولی درنظر گرفته میشود و دریچه‌ای جدید به سوی محاسبات و شبیه‌سازی کوانتومی می‌گشاید.
شرح کامل خبر:
برای دهه‌ها، مولکول‌ها به دلیل ساختار پیچیده و رفتار غیرقابل پیش‌بینی خود برای استفاده در محاسبات کوانتومی نامناسب در نظر گرفته می‌شدند. اما در یک مطالعه پیشگامانه که در مجله Nature منتشر شده است، دانشمندان دانشگاه هاروارد برای اولین بار موفق شده‌اند مولکول‌ها را برای انجام عملیات کوانتومی به دام بیندازند، که این موفقیت گامی بزرگ به سمت محاسبات کوانتومی مولکولی محسوب میشود.
این تیم تحقیقاتی به سرپرستی Kang-Kuen Ni از مولکول‌های سدیم-سزیم (NaCs) در محیطی فوق‌العاده سرد استفاده کردند و آن‌ها را با انبرک‌های نوری—لیزرهای متمرکزی که قادر به دستکاری ذرات میکروسکوپی هستند—به دام انداختند. با کنترل دقیق برهم‌کنش‌های دو قطبی-دو قطبی (dipole-dipole interactions) بین این مولکول‌ها، آن‌ها یک گیت منطقی کوانتومی iSWAP را پیاده‌سازی کردند، که یک مدار کلیدی برای ایجاد درهم‌تنیدگی کوانتومی است. این آزمایش با دقت ۹۴٪ موفق به ایجاد حالت بل دو کیوبیتی شد، که نقطه عطفی در پردازش کوانتومی مولکولی محسوب میشود.
مولکول‌ها در مقایسه با پلتفرم‌های رایج در محاسبات کوانتومی مانند یون‌های به دام افتاده، اتم‌های خنثی و مدارهای ابررسانا، مزایای منحصربه‌فردی دارند. ساختار داخلی غنی آن‌ها امکان ذخیره و پردازش اطلاعات را در حالت‌های کوانتومی اضافی فراهم می‌کند. اما حرکت مولکولی، که باعث تخریب همدوسی کوانتومی میشود، همیشه مانعی بزرگ بوده است. این محققان توانستند با سرد کردن فوق‌العاده مولکول‌ها و تنظیم دقیق حالات چرخشی آن‌ها، این مانع را برطرف کنند و برهم‌کنش‌های پایدار ایجاد کنند.
آن‌ها با تغییر بین حالات کوانتومی برهم‌کنش‌کننده و غیر برهم‌کنش‌کننده (interacting and non-interacting quantum states)، آزمایش خود را به صورت دیجیتالی کنترل کردند و میزان خطا را کاهش دادند. این مطالعه نه تنها اعتبار مولکول‌ها به عنوان کیوبیت را اثبات می‌کند، بلکه راه را برای کامپیوترهای کوانتومی مولکولی مقیاس‌پذیر و برنامه‌پذیر هموار می‌سازد.
آنی پارک، یکی از نویسندگان این مقاله، اظهار داشت: “این آخرین قطعه مورد نیاز برای ساخت یک کامپیوتر کوانتومی مولکولی است.” این دستاورد میتواند محاسبات کوانتومی را متحول کند و فرصت‌های جدیدی را در پردازش اطلاعات کوانتومی و شبیه‌سازی‌های پیچیده ایجاد کند.
منابع:
[1] https://phys.org/news/2025-01-scientists-succeed-molecules-quantum.html
[2] https://www.nature.com/articles/s41586-024-08177-3
دیدگاه خود را درباره این خبر با ما به اشتراک بگذارید.
