چه عواملی تعیین می کند که یک کامپیوتر کوانتومی با چه سرعتی می تواند محاسبات خود را انجام دهد؟ فیزیکدانان دانشگاه بن و موسسه فناوری Technion-Israel آزمایشی زیبا برای پاسخ به این سوال ابداع کرده اند. نتایج این مطالعه در مجله منتشر شده است دستاوردهای علمی.
کامپیوترهای کوانتومی ماشین های بسیار پیچیده ای هستند که برای پردازش اطلاعات به اصول مکانیک کوانتومی متکی هستند. این به آنها اجازه می دهد تا در آینده با مشکلات خاصی که برای رایانه های معمولی کاملاً غیرقابل حل هستند، مقابله کنند. اما حتی برای رایانه‌های کوانتومی، محدودیت‌های اساسی در مورد میزان داده‌هایی که در یک زمان می‌توانند پردازش کنند اعمال می‌شود.
دروازه های کوانتومی به حداقل زمان نیاز دارند
اطلاعات ذخیره شده در رایانه های معمولی را می توان به عنوان یک سری طولانی از صفرها و یک ها، بیت ها در نظر گرفت. در مکانیک کوانتومی متفاوت است: اطلاعات در بیت‌های کوانتومی (کیوبیت‌ها) ذخیره می‌شوند که شبیه یک موج هستند، نه مجموعه‌ای از مقادیر گسسته. فیزیکدانان همچنین زمانی که می خواهند اطلاعات موجود در کیوبیت ها را به طور دقیق نشان دهند، در مورد توابع موج صحبت می کنند.
در یک کامپیوتر سنتی، اطلاعات از طریق به اصطلاح دروازه ها به یکدیگر متصل می شوند. ترکیب چندین پورت امکان محاسبات ساده مانند اضافه کردن دو بیت را فراهم می کند. اطلاعات به روشی بسیار مشابه در رایانه های کوانتومی پردازش می شوند، جایی که پورت های کوانتومی تابع موج را طبق قوانین خاصی تغییر می دهند.
دکتر آندریا آلبرتی از مؤسسه فیزیک کاربردی در دانشگاه بن توضیح می دهد که دروازه های کوانتومی از جنبه دیگری به اقوام سنتی خود شبیه هستند: "حتی در دنیای کوانتومی، دروازه ها بی نهایت سریع کار نمی کنند." "آنها برای تبدیل تابع موج و اطلاعات موجود در آن حداقل زمان می گیرند."
بیش از 70 سال پیش، فیزیکدانان شوروی، لئونید ماندلشتام و ایگور تام، به طور نظری این حداقل زمان را برای تبدیل تابع موج استخراج کردند. فیزیکدانان دانشگاه بن و تکنیون این مرز ماندلشتام تام را برای اولین بار با آزمایشی بر روی یک سیستم کوانتومی پیچیده مورد مطالعه قرار دادند. برای این کار از اتم های سزیم استفاده کردند که به صورت کاملاً کنترل شده حرکت می کنند. آلبرتی، سرپرست این مطالعه تجربی، توضیح می‌دهد: «در این آزمایش، ما به اتم‌های منفرد اجازه دادیم مانند تیله‌ها در یک کاسه نور غلت بزنند و حرکت آنها را مشاهده کنیم.
اتم ها را می توان از نظر مکانیکی کوانتومی به عنوان امواج ماده توصیف کرد. در طول سفر به پایین کاسه نور، اطلاعات کوانتومی آنها تغییر می کند. اکنون محققان می خواستند بدانند که این "تغییر شکل" در اولین زمان چه زمانی می تواند شناسایی شود. سپس این بار اثبات تجربی مرز ماندلشتام-تام خواهد بود. با این حال، مشکل این است که در دنیای کوانتومی، هر اندازه‌گیری از موقعیت یک اتم، ناگزیر موج ماده را به شکل غیرقابل پیش‌بینی تغییر می‌دهد. بنابراین همیشه به نظر می رسد که سنگ مرمر تغییر شکل داده است، مهم نیست که اندازه گیری چقدر سریع انجام می شود. آلبرتی می گوید: «به همین دلیل است که ما یک روش متفاوت برای تشخیص انحراف از حالت اولیه ایجاد کردیم.
برای این منظور، محققان شروع به تولید یک کلون از پشم ماده، به عبارت دیگر، تقریباً دوقلو کردند. گال نس، دانشجوی دکترا در Technion و نویسنده اصلی این مطالعه توضیح می‌دهد: «ما از پالس‌های نور سریع برای ایجاد به اصطلاح برهم نهی کوانتومی دو حالت اتم استفاده کردیم. از نظر تصویری، یک اتم طوری رفتار می کند که گویی همزمان دو رنگ متفاوت دارد. بسته به رنگ، هر اتم دوقلو موقعیت متفاوتی را در کاسه نور اشغال می کند: یکی در بالای لبه قرار دارد و از آنجا به پایین "غلت می کند". از طرف دیگر، دیگری از قبل در انتهای کاسه قرار دارد. این دوقلو حرکت نمی کند - پس از همه، او نمی تواند دیوارها را باد کند و بنابراین عملکرد موج آن را تغییر نمی دهد.
فیزیکدانان این دو کلون را در فواصل زمانی معین مقایسه می کنند. آنها این کار را با استفاده از تکنیکی به نام تداخل کوانتومی انجام دادند که امکان تشخیص بسیار دقیق تفاوت‌ها در امواج را می‌دهد. این به آنها اجازه داد تا تعیین کنند که اولین بار پس از چه مدت تغییر شکل قابل توجهی از موج ماده رخ داده است.
دو عامل محدودیت سرعت را تعیین می کند
با تغییر ارتفاع بالای کف کاسه در ابتدای آزمایش، فیزیکدانان موفق شدند میانگین انرژی اتم را نیز کنترل کنند. به طور متوسط، زیرا اصولاً نمی توان مبلغ را دقیقاً تعیین کرد. بنابراین، "انرژی موقعیت" اتم همیشه نامشخص است. پروفسور Joav Sagi که تیم شریک در Technion را رهبری می کند، گفت: «ما توانسته ایم نشان دهیم که حداقل زمان برای تغییر ماده به این عدم قطعیت انرژی بستگی دارد. "
این دقیقاً همان چیزی است که دو فیزیکدان شوروی پیش بینی کردند. اما یک اثر دوم وجود داشت: اگر عدم قطعیت انرژی بیشتر و بیشتر افزایش می‌یابد تا زمانی که از میانگین انرژی اتم فراتر رود، حداقل زمان بیشتر کاهش نمی‌یابد - برخلاف آنچه که مرز ماندلشتام-تام در واقع پیشنهاد می‌کند. بنابراین، فیزیکدانان محدودیت سرعت دوم را ثابت کردند که از نظر تئوری حدود 20 سال پیش کشف شد. بنابراین، حد سرعت نهایی در دنیای کوانتومی نه تنها با عدم قطعیت انرژی، بلکه با انرژی متوسط نیز تعیین می‌شود.
آلبرتی می گوید: «این اولین بار است که هر دو حد سرعت کوانتومی را می توان برای یک سیستم کوانتومی پیچیده و حتی در یک آزمایش اندازه گیری کرد. کامپیوترهای کوانتومی آینده ممکن است بتوانند مسائل را به سرعت حل کنند، اما با این محدودیت های اساسی نیز محدود خواهند شد.
نقل قول: سنگ مرمرهای کوانتومی در یک کاسه نور (2021، 22 دسامبر)، بازیابی شده در 23 دسامبر 2021 از https://phys.org/news/2021-12-quantum-marbles-bowl.html
این برگه یا سند یا نوشته تحت پوشش قانون کپی رایت است. به جز هرگونه معامله منصفانه به منظور تحقیق یا مطالعه خصوصی، هیچ بخشی بدون اجازه کتبی قابل تکثیر نیست. محتوا فقط برای مقاصد اطلاعاتی ارائه شده است.
[ad_2]
مقالات مشابه
- شرکت صادرات و واردات کالاهای مختلف از جمله کاشی و سرامیک و ارائه دهنده خدمات ترانزیت و بارگیری دریایی و ریلی و ترخیص کالا برای کشورهای مختلف از جمله روسیه و کشورهای حوزه cis و سایر نقاط جهان - بازرگانی علی قانعی
- کربن فعال | انواع جدید
- NewsWatch: Why August in a pandemic is a time for vigilance for stock market investors
- NBA چین آکادمی دیدم حقوق بشر نسبت به بازیکنان جوان
- شهر نیویورک مترو دیوان عالی کشور مورد پرستاران هفته: 5 چیزهایی که می دانیم شنبه
- شرکت صادرات و واردات کالاهای مختلف از جمله کاشی و سرامیک و ارائه دهنده خدمات ترانزیت و بارگیری دریایی و ریلی و ترخیص کالا برای کشورهای مختلف از جمله روسیه و کشورهای حوزه cis و سایر نقاط جهان - بازرگانی علی قانعی
- شرکت صادرات و واردات کالاهای مختلف از جمله کاشی و سرامیک و ارائه دهنده خدمات ترانزیت و بارگیری دریایی و ریلی و ترخیص کالا برای کشورهای مختلف از جمله روسیه و کشورهای حوزه cis و سایر نقاط جهان - بازرگانی علی قانعی
- The Margin: 5 things to know about Trump’s possible Supreme Court picks — including how Barbara Lagoa could help Trump win Florida
- گزارش اقتصادی: میزان سفارشات کالاهای بادوام صعود 7.3% در ماه ژوئن به عنوان خودروساز افزایش اختلافهای بوئینگ ضعف
- John Lewis 'توجه داشته باشید به خود': 'یک روز شما انتخاب شود به کنگره,' لوئیس می گوید جوانتر خود