ذخیره اطلاعات کوانتومی به صورت نوری توسط چیپی جدید

برای اولین بار پژوهشگران چیپ های مموری کوانتومی در مقیاس نانو توسعه داده اند که اطلاعات را در فوتون های جداگانه ذخیره می کند. این چیپ ها امکان ذخیره داده را در ۷۵ نانو ثانیه قبل از انتشار با شانس موفقیت ۹۷ درصد دارند.

ذخیره داده در نور

دوره کامپیوترهای کوانتومی در حال نزدیکتر شدن است، و اکنون گروهی از محققان با هدایت مهندسانی از Caltech چیپ کامپیوتری را توسعه داده اند که که ما را یک قدم به عصر جدید کامپیوتر ها نزدیک تر می کند.

کامپیوتر های مرسوم و کوانتومی، هر دو داده ها را به عنوان کد باینری(binary) ذخیره می کند. هر چند، در حالی که کامپیوتر های مرسوم امروزی اطلاعات را بیت به بیت، یا به صورت صفر، و یا به صورت یک ذخیره می کنند، کامپیوتر های کوانتومی داده ها را به عنوان کیوبیت(qubit)، یا به صورت صفر، یا به صورت یک و یا هم زمان به هر دو حالت ذخیره می نمایند.

فوتون ها به دلیل کمبود شارژ و جرم، به شدت امن و کار آمد برای ذخیره سازی کوانتومی هستند. ولی دست یافتن به این موضوع سخت است که چگونه از تنها یک فوتون برای ذخیره و انتقال کوانتومی داده ها استفاده شود. انجام این موضوع روی چیپ ها در مقیاس نانو نیز غیر ممکن به نظر می رسید، ولی پژوهشگران Caltech راهش را پیدا کرده اند.

چیپ این گونه از کامپیوتر ها، کوچکترین نمونه یک دستگاه حافظه کوانتومی نوری در جهان است؛ که با ساخت ماژول های مموری با ۷۰۰ نانومتر عرض و ۱۵ میکرون طول، تقریبا به اندازه یک گلبول قرمز، با استفاده از حفره های نوری از جنس کریستال پوشیده شده از یون های کمیاب، تولید شده اند.

عصری جدید

حین تست اولیه، چیپ ها قادر به ذخیره داده در مدت زمان ۷۵ نانو ثانیه قبل از انتشار بودند؛ آن هم با نرخ شکست فقط ۳ درصد. با این حال، به منظور اینکه جزء قابل دوامی در شبکه کوانتومی باشند، چیپ ها نیاز به حفظ اطلاعات به مدت یک میلی ثانیه می باشند. خوشبختانه، دستیابی به این نیازمندی یکی از اهداف گروه در حرکت رو به جلویشان است. آن ها همچنین برنامه ریزی کرده اند که بهترین راه برای ترکیب کردن چیپ هایشان به مدار های کوانتومی پیچیده، را پیدا کنند.

اگرچه با نگاهی به برنامه های آینده، گروه با هر چیزی که تاکنون به دست آورده، راضی می باشد.

Andrei Faraon، دستیار پروفسور فیزیک کاربردی و علم مواد در Caltech و نویسنده ناظر این تحقیق، در خبر تازه منتشر شده ای از Caltech گفته که: «چنین دستگاهی جزئی ضروری برای پیشرفت های آینده شبکه های کوانتومی نوری است که می توان از آن برای انتقال اطلاعات کوانتومی استفاده کرد.»

Tian Zhong، محقق دارای فوق دکتری، نویسنده اصلی و راهبر این پژوهش:‌ «این تکنولوژی نه تنها منجر به کوچک سازی شدید دستگاه های مموری شده، بلکه همچنین کنترل بهتری روی فعل و انفعالات بین فوتون های تکی و اتم ها به وجود می آورد.»

Caltech تنها تشکیلات شامل محققان در حال کار روی تکنولوژی کوانتوم نیست.

اخیرا MIT راهی جدید برای تولید انبوه qubit مطرح کرده، در حالی که پژوهشگران در آزمایشگاه فوتونیک و اندازه گیری کوانتوم EPFL در دانشگاه New South Wales در استرالیا، روی هم رفته نوع کاملا جدیدی از از qubit را طراحی کرده اند.

این ها و سایر توسعه ها و پیشرفت های اخیر دنیا حول موضوع کامپیوتر های کوانتومی هیجان انگیز است، و خیلی از آن ها بدون شک نقش قابل توجهی در شکل گرفتن آینده کامپیوتر های کوانتومی دارند. خیلی ها بر این باور هستند که با استفاده از این دستگاه های قدرتمند، می توانیم تا سال بعد، بیماری ها را درمان و با هک ها و حملات سایبری مقابله کنیم.

با گفته شدن موضوعات فوق، هنوز به پذیرش گسترده کامپیوتر های کوانتومی نزدیک نشده ایم. بعضی کازشناسان پیش بینی کرده اند که این دستگاه تا ۲۰ سال آینده یا بیشتر، قابل استفاده مشتریان نخواهد بود؛ و وقتی که همچین چیزی اتفاق بیفتد، اطمینان حاصل کردن از اینکه از این دستاورد ها برای ساخت، و نه برای تخریب چیزی استفاده شود، سختی ها و چالش های خودش را دارد.