ساخت یخچال‌هایی با مقیاس نانو در کامپوترهای کوانتومی
مجله علمی ایلیاد - گروهی از محققین بخش فیزیک کاربردی دانشگاه آلتو در فنلاند، یخچالی با مدارات کوانتومی اختراع کردند که می‌تواند اشتباهات محاسبات کوانتومی را کاهش دهد. فیزیکدانان می‌گویند: «تفاوت کامپیوترهای کوانتومی با کامپیوترهایی که ما امروزه استفاده می‌کنیم این است که در کامپیوترهای کوانتومی به‌جای استفاده از بیت‌ها برای محاسبه از بیت‌های کوانتومی یا همان «qubits» استفاده می‌شود. بیت‌هایی که در لپ‌تاپ شما استفاده می‌شوند به شکل اعداد صفر و یک هستند در صورتی که بیت‌های کوانتومی می‌توانند هم‌زمان هم صفر و هم یک باشند. ویژگی تطبیق‌پذیری بیت‌های کوانتومی برای محاسبات پیچیده نیاز است، ولی در عوض آن‌ها را در مقابل اختلالات بیرونی حساس می‌کند.»
دقیقاً مانند پردازنده‌های معمولی، کامپیوترهای کوانتومی نیز به مکانیسم‌های خنک‌کننده نیازمند هستند. فیزیکدانان می‌گویند: «احتمالاً در آینده هزاران و یا شاید میلیون‌ها بیت کوانتومی منطقی به صورت هم‌زمان در محاسبه مورد استفاده قرار گیرند و به‌منظور گرفتن نتایج صحیح، همه‌ی این بیت‌ها در ابتدای محاسبه باید بازآرایی شوند. اگر بیت‌های کوانتومی خیلی گرم باشند، به دلیل اینکه به‌سرعت بین حالات مختلف تغییر وضعیت می‌دهند، نمی‌توانند بازآرایی شوند.»
این مشکل در واقع مسأله‌ای است که فیزیکدانان دانشگاه آلتو به نام‌های «میکو موتونن» و «کوان ین تناند» برای آن راه‌حل پیدا کرده‌اند. یخچالی با مقیاس نانو توسط گروه محققین اختراع شده است و چالش‌های بزرگی را حل کرده است؛ به کمک این یخچال بیشتر دستگاه‌های کوانتومی برقی می‌توانند به سرعت بازآرایی شوند. به این ترتیب دستگاه‌ها قدرتمندتر و قابل اتکاتر خواهند شد.
گروه محققین ابررسانایی تشدیدکننده‌ی صدا را که مانند بیت‌های کوانتومی عمل می‌کند، با عبور دادن تعدادی الکترون از درون عایقی به ضخامت ۲ میلی‌متر خنک کردند. محققین از طریق منبع ولتاژ بیرونی مقدار کمی انرژی به الکترون‌ها دادند تا بتوانند از تونل‌های تعبیه شده عبور کنند. بنابراین الکترون‌ها بقیه‌ی انرژی مورد نیاز برای عبور از تونل را از دستگاه کوانتومی نزدیک خود برداشت می‌کنند. در این حالت در واقع دستگاه انرژی از دست می‌دهد و خنک می‌شود.
با صفر کردن ولتاژ خارجی می‌توان فرآیند خنک‌کاری را قطع کرد. بعد از آن می‌توان گفت که انرژی موجود در دستگاه کوانتومی برای حرکت دادن الکترون از درون عایق کافی نیست. دکتر موتونن می‌گوید: «یخچال ما دستگاه‌های کوانتومی را کارا نگه می‌دارد. اکنون ما برنامه داریم با استفاده از این یخچال طراحی شده، علاوه بر تشدیدکننده‌های صدا، بیت‌های کوانتومی واقعی را نیز تا پایین‌ترین دماهای ممکن و قابل دستیابی خنک کنیم و فرآیند خاموش و روشن کردن آن را نیز سرعت بخشیم.» این تحقیق در مجله‌ی Nature Communications به چاپ رسیده است.
نوشته: sci news
ترجمه: امید محمدی - مجله علمی ایلیاد