تکنولوژی
فیزیکدانان امکان ارتباط کیوبیت‌ها از طریق نور در دمای اتاق را فراهم کردند: جهشی کوانتومی
محققان موسسه علم و فناوری اتریش به دستاورد بزرگی در محاسبات کوانتومی دست یافته‌اند و توانسته‌اند خروجی نوری کامل از کیوبیت‌های ابررسانا بگیرند، که این امر به ساخت کامپیوترهای کوانتومی که در دمای اتاق کار می‌کنند و هزینه کمتری دارند کمک می‌کند. آنها یک مبدل الکترواپتیکی ایجاد کرده‌اند که سیگنال‌های نوری را به فرکانس مایکروویو تبدیل می‌کند تا کیوبیت‌ها بتوانند آنها را دریافت کنند و ارتباط برقرار کنند. این روش می‌تواند مشکلات سیستم‌های خواندن مرسوم را کاهش دهد و بستر ایجاد شبکه‌ای از کامپیوترهای کوانتومی متصل از طریق فیبر نوری را فراهم کند.
محققان موسسه علوم و فناوری اتریش (ISTA) به یک مرحله مهم در محاسبات کوانتومی دست یافته‌اند و توانستند خروجی نوری کامل از کیوبیت‌های ابررسانا بگیرند. این کار به ساخت کامپیوترهای کوانتومی که مقیاس‌پذیر هستند، در دمای اتاق عمل می‌کنند و هزینه کمتری دارند، کمک خواهد کرد. کامپیوترهای کوانتومی مرز بعدی محاسبات هستند که اجازه می‌دهند محاسبات با سرعت‌های نمایی در مقایسه با کامپیوترهای کلاسیک انجام شوند. در هسته کامپیوتر کوانتومی بیت کوانتومی یا کیوبیت قرار دارد که می‌تواند همزمان در چندین حالت باشد و این امکان را می‌دهد تا محاسبات متعددی را همزمان انجام دهد. برای رسیدن به این حالت، دانشمندان از خواص مواد مانند ابررسانایی آنها استفاده می‌کنند. با این حال، این حالت‌ها فقط در دماهای نزدیک به صفر مطلق به دست می‌آیند که نیاز به زیرساخت خنک‌کننده کرایوژنیک دارد و هزینه‌های محاسباتی را افزایش می‌دهد. در حالی که کارها بر روی ساختن کامپیوترهای کوانتومی مقیاس‌پذیر ادامه دارد، برخی گروه‌های تحقیقاتی در حال ساخت شبکه‌های مورد نیاز برای عملکرد آنها هستند. همانطور که اینترنت نیاز به شبکه فیبر نوری گسترده‌ای برای عملیات دارد، کامپیوترهای کوانتومی نیز نیاز به شبکه‌ای دارند که بتواند کیوبیت‌ها را منتقل کند. انتشار یک شبکه سردشده کرایوژنیک به صورت جهانی امکان‌پذیر نیست، بنابراین دانشمندان نیز در حال کار بر روی استفاده از شبکه فیبر نوری موجود برای انتقال اطلاعات کوانتومی هستند. کیوبیت‌های ابررسانا از طبیعت الکتریکی برخوردارند اما پهنای باند کمی دارند. آنها می‌توانند اطلاعات کمی را در طول زمان منتقل کنند و به راحتی تحت تأثیر نویز قرار می‌گیرند. از طرف دیگر، سیگنال‌های نوری سیگنال‌های با پهنای باند بالا هستند که می‌توانند با حداقل خسارت‌ها انتشار یابند. در حالی که این امر آنها را برای خواندن کیوبیت‌ها ایده‌آل می‌کند، چالش در برقراری ارتباط بین این دو و ترجمه سیگنال‌های نوری به کیوبیت‌ها و برعکس است. 'ورنر' دانشجوی دکترای ISTA که در این کار دخیل است توضیح داد که "ایده‌آل این است که از تمام سیگنال‌های الکتریکی خلاص شویم، چون سیم‌کشی مورد نیاز مقدار زیادی گرما را به محفظه‌های خنک‌کننده که کیوبیت‌ها در آنها هستند منتقل می‌کند. اما این کار ممکن نیست". محققان به یک مبدل الکترواپتیکی رو آوردند که سیگنال‌های نوری را به فرکانس مایکروویو، که کیوبیت‌ها می‌توانند درک کنند، تبدیل می‌کند. وقتی مایکروویو به سمت یک کیوبیت هدایت می‌شود، کیوبیت آن را منعکس می‌کند و بدین صورت ارتباط با مبدل و اتصال به دنیای خارج برقرار می‌شود. ورنر اضافه کرد: "ما نشان دادیم که می‌توانیم نور مادون قرمز را نزدیک به کیوبیت‌ها هدایت کنیم بدون اینکه آنها ابررسانایی خود را از دست بدهند. این روش به رفع محدودیت‌های سیستم‌های خواندن مرسوم که مستعد خطا هستند و به تعداد زیادی تصحیح نیاز دارند نیز کمک می‌کند". ورنر گفت: "با استفاده از مبدل الکترواپتیکی برای جدا کردن کیوبیت‌ها از زیرساخت برقی، توانستیم بقیه قطعات باقی‌مانده تنظیمات را با اپتیک جایگزین کنیم" و به مزایای کارآیی و هزینه این روش اشاره کرد. 'آرنولد' دانشجوی دکترای سابق ISTA که در این تحقیق نیز دخیل بود، در بیانیه مطبوعاتی گفت که "این روش جدید ممکن است به ما اجازه دهد تا تعداد کیوبیت‌ها را افزایش دهیم تا برای محاسبات مفید شوند. همچنین بستری برای ساختن شبکه‌ای از کامپیوترهای کوانتومی ابررسانای متصل از طریق فیبر نوری در دمای اتاق فراهم می‌کند." یافته‌های این تحقیق در مجله 'Nature Physics' منتشر شده‌اند.
