انسجام برای ارتباط موثر، چه در نوشتار، چه در گفتار یا پردازش اطلاعات، بسیار مهم است. این اصل برای بیت های کوانتومی یا کیوبیت ها که واحدهای اساسی محاسبات کوانتومی هستند نیز صدق می کند. کامپیوترهای کوانتومی پتانسیل مقابله با چالش‌های پیش‌بینی آب و هوا، طراحی مواد، کشف دارو و غیره را دارند.
تیمی از آزمایشگاه ملی آرگون در وزارت انرژی ایالات متحده پیشرفت قابل توجهی در محاسبات کوانتومی داشته است. آنها زمان انسجام کیوبیت منحصر به فرد خود را به ۰.۱ میلی ثانیه افزایش داده اند – تقریباً هزار بار بهتر از رکورد قبلی. این دستاورد در مجله Nature Physics گزارش شده است.
اندازه و قدرت کیوبیت ها
به گفته دافی جین، استاد دانشگاه نوتردام و منصوب مشترک در مرکز مواد نانومقیاس آرگون، کیوبیت‌های ما می‌توانند ۱۰۰۰۰ عملیات را با دقت و سرعت بسیار بالا انجام دهند، در مقایسه با ۱۰ تا ۱۰۰ عملیات در زمان‌های انسجام معمولی. کیوبیت های بار الکترون.”
در زندگی روزمره، ۰.۱ میلی ثانیه بسیار کوتاه است، مانند یک چشم بر هم زدن. با این حال، در دنیای کوانتومی، زمان کافی برای یک کیوبیت برای انجام هزاران عملیات فراهم می کند.
۰ و ۱
بر خلاف بیت های کلاسیک، کیوبیت ها می توانند در هر دو حالت ۰ و ۱ به طور همزمان وجود داشته باشند. حفظ این حالت مخلوط برای یک زمان انسجام به اندازه کافی طولانی برای یک کیوبیت کاربردی ضروری است. چالش در محافظت از کیوبیت در برابر نویزهای مخرب دائمی در محیط اطراف نهفته است.
کیوبیت‌های این تیم اطلاعات کوانتومی را در حالت‌های حرکتی (بار) الکترون رمزگذاری می‌کنند و باعث می‌شوند که کیوبیت‌ها شارژ شوند. به گفته جین، “کیوبیت های شارژ الکترون به دلیل سادگی در ساخت و کارکرد و همچنین سازگاری با زیرساخت های موجود برای کامپیوترهای کلاسیک جذاب هستند. این سادگی باید هزینه های کمتری را برای ساخت و راه اندازی کامپیوترهای کوانتومی در مقیاس بزرگ به همراه داشته باشد.”
جین، محقق اصلی، یک دانشمند سابق در مرکز مواد نانومقیاس بود، جایی که او کشف این نوع جدید کیوبیت را که سال گذشته گزارش شد، رهبری کرد.
کیوبیت این تیم یک الکترون منفرد است که روی سطح بسیار تمیزی از نئون جامد در خلاء نگه داشته شده است. نئون مهم است زیرا به راحتی توسط محیط اطراف مزاحم نمی شود. نئون یکی از معدود عناصری است که با عناصر دیگر واکنش نشان نمی دهد. سطح نئون از کیوبیت الکترون محافظت می کند و تضمین می کند که برای مدت طولانی منسجم بماند.
زو هان، دستیار دانشمند در CNM با یک قرار ملاقات مشترک در دانشکده مهندسی مولکولی پریتزکر در دانشگاه شیکاگو، توضیح داد: «از آنجایی که تک تک الکترون‌های روی نئون جامد فضای بسیار کمی را اشغال می‌کنند، کیوبیت‌های ساخته شده با آنها کوچک‌تر هستند و نویدبخش هستند. گسترش به کیوبیت‌های متصل متعدد. این ویژگی‌ها، همراه با زمان انسجام طولانی، کیوبیت الکترونی ما را بسیار جذاب می‌کند.”
از طریق پیشرفت‌های آزمایشی مداوم، تیم نه تنها کیفیت سطح نئون را افزایش داد، بلکه سیگنال‌های مخرب را نیز به میزان قابل توجهی کاهش داد. تلاش آنها، همانطور که در Nature Physics گزارش شده، منجر به زمان انسجام ۰.۱ میلی ثانیه شد. این هزار برابر بیشتر از ۰.۱ میکروثانیه اولیه است.
Xinhao Li، انتصاب فوق دکترا در Argonne و نویسنده اول مقاله، گفت: “عمر طولانی کیوبیت الکترونی ما به ما این امکان را می دهد که حالت های تک کیوبیت را با دقت بسیار بالا کنترل و بخوانیم.” این بازه زمانی الزامات محاسبات کوانتومی را برآورده می کند.
یکی دیگر از ویژگی های مهم کیوبیت، توانایی آن در اتصال با بسیاری از کیوبیت های دیگر است. این تیم با نشان دادن اینکه کیوبیت‌های دو الکترونی می‌توانند به یک مدار ابررسانا متصل شوند، به دستاورد قابل توجهی دست یافتند و امکان انتقال اطلاعات بین آنها را فراهم می‌کردند. این یک گام مهم به سمت درهم‌تنیدگی دو کیوبیت است که یک عنصر حیاتی در محاسبات کوانتومی است.
آینده
این تیم هنوز کیوبیت الکترونی خود را به طور کامل بهینه نکرده است و قصد دارد به کار بر روی افزایش زمان انسجام بیشتر و درهم‌تنیدگی دو یا چند کیوبیت ادامه دهد.
علاوه بر جین، هان و لی، همکارانی از آرگون شامل فوق دکترا، شیانجینگ ژو و کیانفان چن هستند. سایر مشارکت کنندگان شامل نویسنده همکار، دیوید آی. شوستر، استاد سابق فیزیک در دانشگاه شیکاگو و اکنون در دانشگاه استنفورد، و ژوفنگ ژانگ، دانشمند سابق کارکنان CNM و اکنون استاد دانشگاه نورث ایسترن هستند. لیست نویسندگان همچنین شامل Gerwin Koolstra، Ge Yang، Brennan Dizdar، Yizhong Huang و Christopher S. Wang است.
موسسات همکار شامل آزمایشگاه ملی لارنس برکلی، موسسه فناوری ماساچوست، دانشگاه شمال شرقی، دانشگاه استنفورد، دانشگاه شیکاگو و دانشگاه نوتردام هستند.
سوالات
زمان انسجام Ionq چقدر است؟
زمان انسجام که گاهی اوقات “زمان T2” نامیده می شود، مدت زمانی است که یک کیوبیت، مانند مواردی که توسط Ionq استفاده می شود، می تواند فاز منسجم خود را حفظ کند. این به معنای حفظ کیفیت های کوانتومی حیاتی مانند برهم نهی و درهم تنیدگی مورد نیاز برای محاسبه است. این یک مشخصات فنی است که برای توصیف عملکرد کیوبیت ها استفاده می شود.
زمان انسجام کیوبیت های ابررسانا چقدر است؟
در تحقیقات محاسبات کوانتومی، بهبود کنترل بر کیوبیت‌های فیزیکی حیاتی است. یک توسعه اخیر، کیوبیت فلاکسونیوم ابررسانا است که دارای زمان همدوسی تصحیح نشده (T∗۲) ۰.۱۳±۱.۴۸ میلی ثانیه است. این امر ده برابر از آخرین وضعیت فعلی برای ترانسمون ها پیشی می گیرد. میانگین وفاداری گیت، معیاری برای عملکرد کیوبیت، در ۰.۹۹۹۹۱ (۱) محک زده شد.
انسجام کیوبیت چیست؟
انسجام کوانتومی یک ویژگی مطلوب برای کیوبیت ها است. زمان انسجام، که اندازه گیری مدت زمانی که یک کیوبیت می تواند انسجام خود را حفظ کند، برای مقایسه کیفیت کیوبیت بسیار مهم است. Coherence اطلاعاتی در مورد مدت زمانی که یک کیوبیت می تواند اطلاعات خود را حفظ کند، ارائه می دهد که اساساً طول عمر آن را تعیین می کند.
چگونه زمان انسجام را محاسبه می کنید؟
زمان انسجام را می توان با فرمول τc = λ۲/(cΔλ) تقریب زد، که در آن τc زمان انسجام، λ طول موج مرکزی منبع، Δλ عرض طیفی منبع و c سرعت است. نور در خلاء این فرمول به تعیین مدت زمانی که یک کیوبیت می تواند انسجام را بر اساس پارامترهای خاص حفظ کند، کمک می کند.
طول پیوستگی لیزر چقدر است؟
برای پرتوهای لیزر، طول پیوستگی به صورت λ۲/۲Δλ محاسبه می‌شود که λ طول موج مرکزی ساطع شده و Δλ محدوده طول موج‌های گسیل‌شده است. طول پیوستگی معمولاً از میلی‌متر تا متر متغیر است و توصیف می‌کند که چگونه امواج نور در پرتو لیزر در یک راستا قرار دارند.
طول پیوستگی تابش چقدر است؟
طول پیوستگی تابش با میانگین طول موج تابش حرارتی مطابقت دارد. این فرمول شامل پارامترهایی مانند شدت موج فرودی (I0) و اختلال واقعی میدان موج (E) است. این طول نشان می دهد که امواج تشعشعی چقدر در طول زمان تراز خود را حفظ می کنند.
قاعده انسجام چیست؟
قاعده انسجام بر توالی‌های منسجم حاکم است و بیان می‌کند که برای اینکه یک گفتار دنباله‌ای منسجم با مورد قبلی را تشکیل دهد، باید مقصود غیروابسته دومی را برآورده کند یا به پیش‌فرض‌های عمل‌گرایانه آن بپردازد. این قانون به حفظ ارتباط منطقی و معنادار بین عبارات گفتاری یا نوشتاری کمک می کند.
تعاریف
انسجام:
انسجام به عنوان یک ستون ارتباط موثر، خواه در نوشتن، گفتار یا پردازش اطلاعات باشد. در زمینه محاسبات کوانتومی، انسجام به توانایی یک کیوبیت برای حفظ حالت مختلط برای مدت زمان کافی طولانی اشاره دارد و به آن اجازه می دهد تا عملیات را بدون ایجاد اختلال در نویز خارجی انجام دهد.
کیوبیت:
کیوبیت ها یا بیت های کوانتومی، بلوک های سازنده محاسبات کوانتومی هستند. بر خلاف بیت های کلاسیک، کیوبیت ها می توانند در هر دو حالت (۰ و ۱) به طور همزمان وجود داشته باشند. آنها برای انجام عملیات در کامپیوترهای کوانتومی ضروری هستند.
محاسبات کوانتومی:
محاسبات کوانتومی نوعی محاسبات است که از اصول مکانیک کوانتومی، به ویژه رفتار بیت‌های کوانتومی (کیوبیت) استفاده می‌کند. این پتانسیل حل مشکلات پیچیده در زمینه هایی مانند پیش بینی آب و هوا، طراحی مواد و کشف دارو را دارد. زمان انسجام کیوبیت ها یک عامل مهم در اثربخشی محاسبات کوانتومی است.
کیوبیت های شارژ الکترون:
کیوبیت‌های بار الکترون اطلاعات کوانتومی را در حالت‌های حرکتی (بار) الکترون رمزگذاری می‌کنند. آنها به دلیل سادگی در ساخت و عملکرد و همچنین سازگاری با زیرساخت های موجود برای رایانه های کلاسیک جذاب هستند.
پلتفرم نئون جامد:
پلت فرم نئون جامد به سطحی از نئون جامد فوق تمیز در خلاء اشاره دارد که در آن یک کیوبیت تک الکترونی به دام افتاده است. پلت فرم نئون بسیار مهم است زیرا در برابر مزاحمت های محیط اطراف مقاومت می کند و از کیوبیت محافظت می کند و زمان انسجام طولانی را تضمین می کند.
زمان انسجام:
زمان انسجام مدت زمانی است که یک کیوبیت می تواند حالت مخلوط خود را بدون اینکه توسط عوامل خارجی مختل شود حفظ کند. در زمینه تحقیق مورد بحث، دستیابی به زمان انسجام ۰.۱ میلی ثانیه یک پیشرفت قابل توجه در محاسبات کوانتومی است.
در هم تنیدگی:
درهم تنیدگی پدیده‌ای در مکانیک کوانتومی است که در آن دو یا چند کیوبیت به‌گونه‌ای به هم متصل می‌شوند که حالت یک کیوبیت فوراً بر وضعیت دیگری تأثیر می‌گذارد. دستیابی به درهم تنیدگی دو کیوبیت گامی حیاتی در توسعه کامپیوترهای کوانتومی است.
