محققان کامپیوتر کوانتومی دسترسی-آزاد را به کار گرفتند تا رازهای کوانتومی را آشکار کنند

محققان با استفاده از آزمایشهای کوانتومی IBM که یک کامپیوتر کوانتومی با دسترسی آزاد است، قوانین بنیادی مکانیک کوانتومی را بررسی کردند.

قوانین مکانیک کوانتوم نشان می‌دهند چطوراتم‌ها و مولکول‌ها متفاوت از دنیای اطراف ما رفتار می‌کنند. دانشمندان به دنبال راهی هستند که این قوانین را زیرسؤال ببرند تا به این ترتیب بتوانند راهی برای ساخت مولکولهای جدید و یک تکنولوژی برتر پیدا کنند. اما بعضی از این قوانین به حدی پیچیده هستند که به سادگی نمی‌توان راهی برای بررسی آزمایشگاهی آن‌ها پیدا کرد.

با استفاده از کامپیوترهای کوانتومی، محققان دانشگاه شیکاگو متوجه امکان انجام یک آزمایش بسیار غیرمعمول شدند که از طریق آن میتوان بعضی از این قوانین کوانتومی را بررسی کرد. مطالعات آنها که در ۳۱ ژانویه ۲۰۱۹ در مجله‌ی  Nature Communications Physicsچاپ شد، یک کامپیوتر کوانتومی را وادار می‌کند که واقعیت بنیادی در مورد رفتارکوانتومی الکترونها در مولکولها را کشف کند.

پروفسور ماتزیوتی یکی از نویسندگان مقاله مزبور می‌گوید: "محاسبات کوانتومی یک شاخه‌ی هیجان انگیز است که می‌توان با استفاده از آن سوالات بنیادی را بررسی کرد. محاسبات کوانتومی به ما این امکان را می‌دهد که زوایای مختلف نظریه کوانتوم که با استفاده از مکانیک کلاسیک غیرقابل دستیابی است را بررسی کنیم."

یکی از قوانین مکانیک کوانتومی اصل طرد پائولی است که می‌گوید دو الکترون نمی‌توانند به‌طور همزمان یک موقعیت مکانی یکسان را اشغال کنند. در بسیاری از موارد، الکترون‌های یک مولکول با محدودیت‌های بیشتری مواجه هستند که به این محدودیت‌ها قیود تعمیم یافته‌ی پائولی می‌گویند. ماتزیوتی میگوید: " این قوانین راه تشکیل همه‌ی مولکول‌ها و مواد را مشخص می‌کنند."

 

در این مطالعه پروفسور ماتزیوتی، پروفسور شاستر و دانشجوی آنها اسکات اسمارت یک الگوریتم تولید کردند که از کامپیوتر IBM استفاده می‌کند تا یک حالت کوانتومی تصادفی در سیستم‌های سه الکترونی تولید کند و محل احتمالی الکترونها را اندازه گیری کند.

اسمارت می‌گوید: "فرض کنید قیدهای پائولی تعمیم یافته درست نبودند، در این سناریو نیمی از حالات کوانتومی نقض می‌شدند." در عوض اعضای تیم مشاهده کردند که در حالات کوانتومی زیادی که تولید شدند، به ندرت قیدهای تعمیم یافته‌ی پائولی نقض می‌شوند که این موارد هم می‌تواند ناشی از نوفه در مدار کوانتومی باشد.

دانشمندان معتقدند که نتایج این بررسی یک اثبات آزمایشگاهی قوی است. ساده‌ترین قید پائولی تعمیم یافته به صورت نظری روی یک کامپیوتر کلاسیک در IBM در دهه ۱۹۷۰ کشف شد.

این کشف یک موفقیت در زمینه کوانتومی است. تلاشهای اخیر که یک فرابرد کوانتومی سه آزمایشگاهی را هم شامل میشود گامی به سوی حسگرهای کوانتومی قوی است و یک همکاری برای بهبود الگوریتمهایی که برای کامپیوترهای کوانتومی ساخته می‌شوند.

سوالی که مطرح میشود این است که چطور قیدهای تعمیم یافته‌ی پائولی را می‌توان برای بهبود فناوری کوانتومی به کار برد. ماتزیوتی معتقد است که:" از این قیدها می‌توان برای محاسبات کوانتومی با بازده بالاتر و همچنین روشهای تصحیح خطای بهتر که برای دستیابی به همه پتانسیل کامپیوترهای کوانتومی ضروری است استفاده کرد."

مترجم خبر: خانم افسری

منبع خبر:

https://phys.org/news/2019-02-scientists-hijack-open-access-quantum-secrets.html