انرژی استخراج شده از فضا، به مکانی جدید با استفاده از رایانه کوانتومی جابجا شد
این روزها به راحتی می توان مزایای محاسبات کوانتومی را فهرست کرد. با این حال، هیچ یک از این فهرست‌ها شامل استفاده از آن برای برداشت انرژی، جابجایی آن به جای دیگر و ذخیره آن برای استفاده‌های آینده نمی‌شود. دقیقاً همین کاری است که محققان دانشگاه پردو در ایالات متحده طی سال گذشته انجام داده‌اند، حتی با اینکه این ایده بیش از یک دهه پیش پیشنهاد شده بود.
فیزیک کوانتومی همچنان یک حوزه نوظهور است و بسیاری از ناشناخته‌ها در مورد آنچه می‌توان به دست آورد وجود دارد. دانشمندان این حوزه مرتباً نظریه‌های جدیدی را پیشنهاد می‌دهند که به‌طور گسترده‌ای آزمایش می‌شوند تا به قوانینی تبدیل شوند که فهم ما از این حوزه را حکمرانی کنند.
یکی از این قوانین بیان می‌کند که فضای کاملاً کامل در قلمرو کوانتومی وجود ندارد. حتی اگر فضا از کوچکترین اتم ها پاک شود، جرقه‌های کوچک میادین کوانتومی هنوز در آن باقی می‌مانند و حتی دارای خواص کوانتومی مانند درهم‌تنیدگی نیز هستند.
جابجایی انرژی
درهم‌تنیدگی کوانتومی پدیده‌ای جالب در فیزیک کوانتومی است که رفتار گروهی از ذرات را توضیح می‌دهد که حالت کوانتومی آنها مستقل از یکدیگر قابل توصیف نیست. این درهم‌تنیدگی حتی زمانی که فاصله زیادی بین ذرات وجود دارد ادامه پیدا می‌کند.
در سال 2008، مساهیرو هوتا، محققی در دانشگاه توهوکو ژاپن، پیشنهاد کرد که جرقه‌های کوچک میادین کوانتومی در فضاهای خالی، وقتی درهم‌تنیده می‌شوند، می‌توانند برای جابجایی انرژی مورد استفاده قرار گیرند. این ایده بیش از یک دهه به عنوان یک آزمایش فکری باقی ماند تا اینکه تحقیقات در زمینه محاسبات کوانتومی سرعت گرفت.
وقتی محققان آزمایش‌های هوتا را انجام دادند، واقعاً توانستند انرژی را جابجا کنند، اما با یک مشکل جدید مواجه شدند. انرژی جابجا شده به محیط نشت کرد و نمی‌توانست ذخیره شود.
تیمی تحقیقاتی به رهبری صابر کیس، استاد شیمی، برق و مهندسی کامپیوتر در دانشگاه پردو در ایالات متحده، اکنون با استفاده از محاسبات کوانتومی راه حلی ارائه کرده‌اند.
کیوبیت‌ها به عنوان ذخیره‌گرهای انرژی
تیم کیس مشکل ذخیره‌سازی انرژی را با استفاده از اساسی‌ترین بخش محاسبات کوانتومی، بیت‌های کوانتومی یا کیوبیت‌ها حل کرد. در آزمایش آنها، محققان از کیوبیت‌ها در حالت پایین‌ترین انرژی‌شان استفاده کردند.
در دنیایی ساده‌تر، این کیوبیت‌ها در حالت انرژی صفر خواهند بود. اما ما می‌دانیم که حتی خلاصی ترین مکان‌ها نیز مقداری انرژی به دلیل جرقه‌های کوچک میدان‌های کوانتومی دارند. اگر دو کیوبیت در هم‌تنیده شده و سپس جدا شوند، حتی کوچکترین اقدامات نیز می‌تواند حالت انرژی آنها را تغییر دهد.
به عنوان مثال، اگر اندازه‌گیری‌هایی از حالت انرژی اولین کیوبیت انجام شود، انرژی آن کمی افزایش می‌یابد که در کیوبیت در هم‌تنیده شده نیز منعکس خواهد شد. این تغییر در انتهای دیگر قابل مشاهده نخواهد بود.
اما اگر فردی که اندازه‌گیری را انجام می‌دهد دقیقاً مشخص کند که چقدر انرژی اضافی در کیوبیت‌های در هم‌تنیده وجود دارد، می‌تواند این انرژی را از کیوبیت در هم‌تنیده استخراج کرده و دو کیوبیت را به حالت پایین‌ترین انرژی‌شان بازگرداند.
طبق تحقیقات کیس، این انرژی اضافی می‌تواند در کیوبیت دیگری برای استفاده‌های آینده ذخیره شود. محققان این روش را با استفاده از شبیه‌سازی‌ها روی یک رایانه کوانتومی آزمایش کرده‌اند.
یکی می‌تواند استدلال کند که این بیشتر یک شبیه‌سازی است تا یک آزمایش واقعی، اما همچنین نزدیکترین به یک آزمایش واقعی است که می‌توان در یک شبیه‌سازی انجام داد، با توجه به اینکه کیوبیت‌ها در حال محاسبه این بودند که آیا می‌توانند انرژی را ذخیره کنند، و توافق بالا وجود داشت.
گام بعدی، کیس و تیمش می‌خواهند از این انرژی برای انجام واکنش‌های شیمیایی استفاده کنند تا کاربرد آن در دنیای واقعی بیشتر شود.
