کشف پیشگامانه گرداب های فوتونیک کوانتومی می تواند محاسبات کوانتومی را ارتقا دهد

خلاصه خبر:

محققان موسسه ویزمن نوع جدیدی از گرداب را کشف کردند که از برهم کنش فوتون ها در سطح کوانتومی در یک ابر اتمی متراکم تشکیل شده است. این یافته درک ما از گرداب ها را گسترش داده و میتواند به طور قابل توجهی بر محاسبات کوانتومی تأثیر بگذارد. محققان دریافتند که وقتی دو فوتون در ابر برهم کنش میکنند، میتوانند تحت یک تغییر فاز ۱۸۰ درجه قرار بگیرند و یک «گرداب کوانتومی» ایجاد کنند. معرفی فوتون سوم یک حلقه گردابی سه بعدی را تشکیل داده که برهمکنش های کوانتومی پیچیده را نشان میدهد. کنترل این جابجایی‌های فاز فوتون میتواند استفاده از فوتون‌ها را به‌عنوان کیوبیت امکان‌پذیر کند. هدف محققان این است که از این گرداب‌های کوانتومی برای توسعه گیت‌های منطقی کوانتومی استفاده کنند. این کشف نوید انقلابی در این زمینه را میدهد.

توضیحات تکمیلی:

در یک پیشرفت قابل توجه، محققان مؤسسه علوم Weizmann نوعی گرداب ناشناخته را کشف کردند که از برهم کنش فوتون ها در یک محیط کوانتومی منحصر به فرد شکل گرفته است. این کشف که در مجله معتبر Science منتشر شده است، نه تنها درک اساسی ما از گرداب ها را گسترش می دهد، بلکه پتانسیل تاثیرگذاری قابل توجهی بر حوزه محاسبات کوانتومی را نیز دارد.

این مطالعه به رهبری دکتر Lee Drori، دکتر بBankim Chandra Das، Tomer Danino Zohar و دکتر Gal Winer از آزمایشگاه پروفسور اوفر فریستنبرگ، به بررسی راه‌های کارآمد استفاده از فوتون‌ها برای پردازش داده‌ها در رایانه‌های کوانتومی پرداخت. با این حال، آنچه آنها دریافتند، چیز بسیار جالب‌تری بود: زمانی که دو فوتون در یک ابر فشرده از اتم‌های روبیدیم برهم کنش می‌کنند، گرداب‌هایی ایجاد می‌کنند.

این گرداب‌ها شبیه  گرداب‌هایی هستند که قبلاً مشاهده شده‌اند، زیرا نتیجه یک برهمکنش در سطح کوانتومی بین فوتون‌ها هستند. به طور معمول، گرداب ها زمانی تشکیل می شوند که موادی که به سرعت حرکت می کنند، با مناطقی با حرکت کندتر مواجه می شوند، اما در این مورد، گرداب ها از تأثیر متقابل فوتون ها بر یکدیگر پدید می آیند.

محققان کشف کردند که وقتی فوتون ها از ابر اتمی متراکم عبور می کنند، می توانند تحت یک تغییر فاز 180 درجه قرار گیرند، پدیده ای که به عنوان "گرداب کوانتومی" شناخته می شود. علاوه بر این، زمانی که فوتون سوم معرفی شد، محققان تشکیل یک حلقه گردابی سه بعدی را مشاهده کردند که برهمکنش‌های پیچیده و در سطح کوانتومی را بیشتر نشان می‌دهد.

این یافته‌ها نه تنها به درک اساسی ما از گرداب‌ها کمک می‌کنند، بلکه پیامدهای مهمی برای توسعه محاسبات کوانتومی نیز دارند. توانایی کنترل و دستکاری تغییر فاز فوتون ها می تواند راه را برای استفاده از فوتون ها به عنوان کیوبیت، واحدهای اساسی اطلاعات در رایانه های کوانتومی، هموار کند.

برخلاف بیت‌های کامپیوتری کلاسیک، که فقط می‌توانند 0 یا 1 را نشان دهند، کیوبیت‌ها می‌توانند به طور همزمان محدوده‌ای از مقادیر بین 0 و 1 را نشان دهند. این ویژگی، که به عنوان برهم نهی شناخته می‌شود، یک مزیت کلیدی محاسبات کوانتومی است و می‌تواند منجر به افزایش تصاعدی در قدرت پردازش شود.

گام بعدی برای تیم تحقیقاتی کشف پتانسیل این گرداب های کوانتومی برای عملیات منطق کوانتومی است. با شلیک فوتون‌ها به یکدیگر و اندازه‌گیری دقیق جابه‌جایی‌های فاز، محققان در نظر دارند تا از جابجایی‌های فاز مشروط برای توسعه گیت‌های منطقی کوانتومی قطعی، که یک جزء حیاتی در پیشرفت محاسبات کوانتومی است، استفاده کنند.

این کشف پیشگامانه در موسسه علوم وایزمن نه تنها درک ما از جهان طبیعی را گسترش می دهد، بلکه نوید انقلابی در زمینه محاسبات کوانتومی را نیز دارد. همانطور که محققان به کشف رازهای این گرداب های کوانتومی ادامه می دهند، تأثیر آن بر پیشرفت های فناوری آینده می تواند گسترده و عمیق باشد.

منبع

Lee Drori et al, Quantum vortices of strongly interacting photons, Science (2023). DOI: 10.1126/science.adh5315