ایجاد 'لغزش' کنترل‌شده در هسته یک اتم برای ذخیره داده‌های کوانتومی
مطمئن‌ترین مکان برای ذخیره اطلاعات مهم کجاست؟ نه، این نه هارد اکسترنال شماست و نه یک اپلیکیشن ابری محرمانه.
برخی محققان معتقدند که وقتی نوبت به ذخیره اطلاعات کوانتومی می‌رسد، احتمالاً امن‌ترین مکان هسته‌ی یک اتم است.
اطلاعات کوانتومی، داده‌هایی هستند که داخل یک کامپیوتر کوانتومی ذخیره و پردازش می‌شوند و به شکل کیوبیت‌ها هستند.
یک مطالعه جدید نشان می‌دهد که امکان ذخیره اطلاعات کوانتومی داخل هسته‌ی یک اتم وجود دارد. این روش می‌تواند راهی را برای کاربردهای محاسبات کوانتومی بسیار امن باز کند.
نویسندگان این مطالعه از دانشگاه فناوری دلفت (TU Delft) یک آزمایش جالب را انجام دادند که شامل یک اتم تیتانیوم (Ti-47) برای ذخیره و خواندن اطلاعات کوانتومی از هسته‌ی آن بود.
ساندر اوته، یکی از محققان و استاد فیزیک در TU Delft، گفت : «این آزمایش به انسان‌ها امکان تأثیرگذاری بر حالت ماده در مقیاسی غیرقابل تصور را می‌دهد. برای من، همین به تنهایی ارزش تلاش را دارد».
خواندن یک هسته چالش‌برانگیز است
طبق گفته محققان، حالت چرخش یا جهت چرخش یک هسته می‌تواند برای نگهداری اطلاعات کوانتومی استفاده شود.
«این مغناطیس، که در زبان کوانتومی 'چرخش' نامیده می‌شود، می‌تواند به نوعی قطب‌نمایی شبیه باشد که به جهات مختلف اشاره دارد. جهت چرخش در یک لحظه خاص یک قطعه اطلاعات کوانتومی را تشکیل می‌دهد»، نویسندگان مطالعه گفتند.
با این‌حال، حتی اگر اطلاعات کوانتومی را داخل چرخش یک هسته ذخیره کنید، خواندن و دستکاری اطلاعات ذخیره‌شده چالش‌برانگیز است چون هسته اندازه کوچکی دارد و تحت تأثیر فعالیت ذرات پیرامون قرار دارد.
برای مثال، یک ارتباط ضعیف بین هسته و الکترون‌های مداری یک اتم به نام تعامل هایپرفاین وجود دارد. به همین دلیل، چرخش یک الکترون می‌تواند به‌طور جزئی بر چرخش هسته تأثیر بگذارد و باعث شود که خواندن اطلاعات ذخیره‌شده دشوار شود.
نویسندگان مطالعه اشاره کردند: «دسترسی به دینامیک منسجم شامل هسته چالش‌برانگیز باقی مانده است، به دلیل کوپلینگ ضعیف آن با الکترون‌های تونلی».
با این‌حال، مطالعه جدید نشان می‌دهد که روشی برای کنترل و مهار این تعامل برای خواندن اطلاعات کوانتومی وجود دارد.
ایجاد لغزش در داخل یک هسته
محققان پیشنهاد می‌کنند که برای خواندن اطلاعات کوانتومی، تطابق چرخش الکترون‌های خارجی با چرخش هسته مهم است. تنها راه برای رسیدن به این هدف، از بین بردن حرکت چرخش الکترون‌ها با ایجاد یک لغزش داخل اتم است.
لوکاس ولدمن، اولین نویسنده مطالعه و دانشجوی دکتری در TU Delft، گفت: «ما از یک پالس ولتاژ برای بیرون راندن چرخش الکترون‌ها از تعادل استفاده کردیم، پس از آن هر دو چرخش (الکترون و هسته) برای کسری از یک میکروثانیه با هم لغزش کردند».
سپس آنان سوزن یک میکروسکوپ تونلی اسکنینگ را برای خواندن اطلاعات ذخیره‌شده از الکترونی که با هسته تعامل داشت، وارد کردند.
محققان همچنین محاسباتی انجام دادند تا بررسی کنند که آیا تعامل کنترل‌شده بین الکترون و هسته اتم تیتانیوم به از دست رفتن اطلاعات منجر شد یا خیر.
آزمایش آن‌ها تأیید کرد که اطلاعات کوانتومی ایمن باقی ماند. این آزمایش به‌طور موفقیت‌آمیز نشان داد که «محافظت مؤثر از محیط اطراف باعث می‌شود که چرخش هسته یک گزینه مناسب برای نگهداری اطلاعات کوانتومی باشد»، نویسندگان مطالعه اشاره کردند.
این مطالعه در مجله Nature Communications منتشر شده است.
