22 ژوئن 2023 -توسط امیلی ولاسکو، موسسه فناوری کالیفرنیا-اعتبار: CC0 دامنه عمومی
محاسبات کوانتومی، درست مانند محاسبات سنتی، به راهی برای ذخیره اطلاعاتی که استفاده می کند و پردازش می کند، نیاز دارد. در رایانه‌ای که در حال حاضر از آن استفاده می‌کنید، اطلاعات، خواه عکس‌های سگ شما، یادآوری تولد دوست یا کلماتی که در نوار آدرس مرورگر تایپ می‌کنید، باید در جایی ذخیره شوند. محاسبات کوانتومی، به عنوان یک حوزه جدید، هنوز در حال بررسی مکان و نحوه ذخیره اطلاعات کوانتومی است.
محمد میرحسینی، استادیار مهندسی برق و فیزیک کاربردی، در مقاله‌ای که در مجله Nature Physics منتشر شده است، روش جدیدی را نشان می‌دهد که آزمایشگاه او برای ترجمه کارآمد حالات کوانتومی الکتریکی به صدا و بالعکس ایجاد کرده است. این نوع ترجمه ممکن است امکان ذخیره سازی اطلاعات کوانتومی تهیه شده توسط کامپیوترهای کوانتومی آینده را فراهم کند که احتمالاً از مدارهای الکتریکی ساخته می شوند.
این روش از آنچه فونون نامیده می شود استفاده می کند، معادل صدای ذره ای نور به نام فوتون. (به یاد داشته باشید که در مکانیک کوانتومی، همه امواج ذره هستند و بالعکس). این آزمایش فونون ها را برای ذخیره اطلاعات کوانتومی بررسی می کند زیرا ساخت دستگاه های کوچکی که می توانند این امواج مکانیکی را ذخیره کنند نسبتا آسان است.
برای درک اینکه چگونه یک موج صوتی می تواند اطلاعات را ذخیره کند، یک اتاق بسیار پژواک را تصور کنید. حالا فرض کنید باید لیست مواد غذایی خود را برای بعدازظهر به خاطر بسپارید، بنابراین در اتاق را باز می کنید و فریاد می زنید: “تخم مرغ، بیکن و شیر!” و در را ببند یک ساعت بعد، زمانی که زمان رفتن به خواربارفروشی فرا می رسد، در را باز می کنید، سر خود را به داخل فرو می برید و صدای خود را می شنوید که همچنان می گوید: “تخم مرغ، بیکن و شیر!” شما فقط از امواج صوتی برای ذخیره اطلاعات استفاده کرده اید.
البته، در دنیای واقعی، چنین پژواک زیاد طول نمی کشد، و ممکن است صدای شما به قدری مخدوش شود که دیگر نتوانید کلمات خود را تشخیص دهید، نه اینکه از کل اتاق برای ذخیره سازی استفاده کنید. داده ها مضحک خواهد بود راه حل تیم تحقیقاتی یک دستگاه کوچک متشکل از صفحات انعطاف پذیر است که توسط امواج صوتی در فرکانس های بسیار بالا به ارتعاش در می آیند. هنگامی که بار الکتریکی روی آن صفحات قرار می گیرد، آنها قادر به تعامل با سیگنال های الکتریکی حامل اطلاعات کوانتومی می شوند. این به آن اطلاعات اجازه می‌دهد تا برای ذخیره‌سازی به دستگاه منتقل شوند، و برای استفاده‌های بعدی به بیرون منتقل شوند – برخلاف درب اتاق که قبلاً در این داستان به آن فریاد می‌زدید.
به گفته محمد میرحسینی، مطالعات قبلی نوع خاصی از مواد معروف به پیزوالکتریک را به عنوان وسیله ای برای تبدیل انرژی مکانیکی به انرژی الکتریکی در کاربردهای کوانتومی مورد بررسی قرار داده بود.
میرحسینی می گوید: «اما این مواد باعث اتلاف انرژی برای امواج الکتریکی و صوتی می شوند و اتلاف یک قاتل بزرگ در دنیای کوانتومی است. در مقابل، روش جدید توسعه یافته توسط میرحسینی و تیمش مستقل از خواص مواد خاص است و آن را با دستگاه‌های کوانتومی که مبتنی بر امواج مایکروویو هستند سازگار می‌کند.
الکیم بوزکورت، دانشجوی فارغ التحصیل گروه میرحسینی و نویسنده اصلی مقاله، می‌گوید ایجاد دستگاه‌های ذخیره‌سازی مؤثر با ردپای کوچک، چالش عملی دیگری برای محققانی است که روی کاربردهای کوانتومی کار می‌کنند.
او می افزاید: «با این حال، روش ما ذخیره سازی اطلاعات کوانتومی مدارهای الکتریکی را برای مدت دو مرتبه بیشتر از سایر دستگاه های مکانیکی فشرده امکان پذیر می کند».
نویسندگان مشترک این مطالعه عبارتند از چایتالی جوشی و هان ژائو، هر دو دانش آموخته فوق دکترا در مهندسی برق و فیزیک کاربردی. و پیتر دی و هنری لداک، که دانشمندان آزمایشگاه پیشرانه جت هستند، که Caltech برای ناسا مدیریت می کند.
