کوانتوم را با قهوه درک کنید - همیار مشاوره

به گزارش همیار مشاوره، دیجیاتو نوشت: کمی خامه به قهوه صبح خود اضافه کنید تا ابرهای مایع سفیدرنگ در اطراف فنجان شما بچرخد. اما چند ثانیه به آن فرصت دهید تا چرخش ها ناپدید شوند و شما را با یک لیوان معمولی حاوی مایع قهوه ای باقی بگذارند.

چیزی مشابه همین موضوع در تراشه های کامپیوتری کوانتومی اتفاق می افتد. این تراشه ها دستگاه هایی در کوچک ترین مقیاس ها هستند که به ویژگی های عجیب کیهان دست می زنند؛ جایی که اطلاعات می توانند به سرعت درهم ریخته شوند و قابلیت های حافظه این ابزارها را محدود نمایند.

راهول ناندکیشور، دانشیار فیزیک در دانشگاه کلرادو بولدر می گوید لزومی ندارد که اوضاع اینطور پیش برود!

در یک ایده تازه برای فیزیک نظری، او و همکارانش از ریاضیات استفاده نموده اند تا نشان دهند که دانشمندان می توانند اساساً سناریویی ایجاد نمایند که در آن شیر و قهوه هرگز باهم مخلوط نشوند و مهم نیست چقدر آن ها را به هم می زنیم.

یافته های این گروه ممکن است منجر به پیشرفت های تازهی در تراشه های کوانتومی گردد که روش های تازهی را برای ذخیره اطلاعات در اجسام بسیار ریز در اختیار مهندسان قرار می دهد.

ناندکیشور، نویسنده ارشد این مطالعه تازه می گوید: به الگوهای چرخشی اولیه فکر کنید که وقتی خامه را به قهوه صبح خود اضافه می کنید، ظاهر می شوند. تصور کنید این الگوها بدون توجه به مدت زمانی که دیدن نموده اید به چرخش و پایکوبی ادامه می دهند.

محققان هنوز باید آزمایش هایی را در آزمایشگاه انجام دهند تا مطمئن شوند که چرخش های بی خاتمه واقعاً امکان پذیر هستند. اما نتایج این گروه یک گام بزرگ روبه جلو برای فیزیکدانانی است که در پی ایجاد موادی هستند که برای مدت طولانی خارج از تعادل یا در تعادل باقی می مانند.

حافظه کوانتومی

این مطالعه که با پژوهش های نویسندگان مشترک دیوید استفن و الیور هارت پیش می رود، به یک مشکل رایج در محاسبات کوانتومی بستگی دارد.

کامپیوترهای معمولی روی بیت ها کار می نمایند که به شکل صفر یا یک هستند. ناندکیشور شرح می دهد که رایانه های کوانتومی، درمقابل، کیوبیت ها را به کار می گیرند که می توانند به صورت صفر، یک یا به علت عجیب بودن فیزیک کوانتومی، به طور هم زمان صفر و یک باشند.

مهندسان کیوبیت ها را از طیف وسیعی از چیزها ساخته اند؛ ازجمله اتم های مجزا که به وسیله لیزرها یا دستگاه های کوچکی به نام ابررساناها به دام افتاده اند.

اما درست مانند آن فنجان قهوه، کیوبیت ها می توانند به راحتی باهم مخلوط شوند. برای مثال، اگر تمام کیوبیت های خود را به یک برگردانید، درنهایت به جلو و عقب می چرخند تا زمانی که کل تراشه به یک آشفتگی بی نظم تبدیل گردد.

در تحقیقات تازه، ناندکیشور و همکارانش ممکن است راهی برای دورزدن این تمایل به اختلاط پیدا نموده باشند. این گروه محاسبه کرد که اگر دانشمندان کیوبیت ها را در الگوهای خاصی مرتب نمایند، این مجموعه ها اطلاعات خود را حفظ خواهند کرد. حتی اگر با استفاده از میدان مغناطیسی یا اختلالی مشابه آن ها را مختل کنید. این ویژگی می تواند به مهندسان اجازه دهد که دستگاه هایی با نوعی حافظه کوانتومی بسازند.

ارتباط با هندسه

در این مطالعه، محققان از ابزارهای مدل سازی ریاضی برای تصور آرایه ای از صدها تا هزاران کیوبیت استفاده کردند که در یک الگوی شطرنجی چیده شده اند.

آن ها در این ترفنده کیوبیت ها را در یک نقطه تنگ قرار دادند. ناندکیشور شرح داد که اگر کیوبیت ها به مقدار کافی به یکدیگر نزدیک شوند، می توانند بر رفتار همسایگان خود تأثیر بگذارند؛ تقریباً مانند جمعیتی از مردم که سعی می نمایند خود را در یک باجه تلفن فشرده نمایند.

بعضی از این افراد ممکن است راست یا روی سر خود ایستاده باشند، اما نمی توانند بدون فشارآوردن به دیگران به سمت دیگر حرکت نمایند.

محققین محاسبه کردند که اگر این الگوها را به درستی بچینند، آن الگوها ممکن است در اطراف یک تراشه کامپیوتر کوانتومی جریان داشته باشند و هرگز تحلیل نخواهند رفت. دقیقاً مانند ابرهای خامه ای که برای همواره در قهوه شما می چرخند.

ناندکیشور گفت: نکته شگفت انگیز درمورد این مطالعه این است که ما کشف کردیم که می توانیم این پدیده اساسی را به وسیله هندسه تقریباً ساده درک کنیم.

یافته های این تیم می تواند بسیار بیشتر از رایانه های کوانتومی تأثیر بگذارد. ناندکیشور شرح می دهد که تقریباً همه چیز در دنیا، از فنجان های قهوه گرفته تا اقیانوس های وسیع، به سمت چیزی حرکت می نمایند که دانشمندان آن را تعادل حرارتی می نامند. برای مثال، اگر یک تکه یخ را در لیوان بیاندازید، گرمای قهوه، یخ را ذوب می نماید و درنهایت مایعی با دمای یکنواخت تشکیل می دهد.

بااین حال، یافته های تازه او به مجموعه تحقیقاتی رو به رشدی می پیوندد که نشان می دهد بعضی از سازمان های کوچک ماده می توانند دربرابر تعادل مقاومت نمایند. ظاهراً این امر بعضی از تغییرناپذیرترین قوانین دنیا را می شنمایند.

5858