Post‍ ساخت یک کامپیوتر کوانتومی،قطره به قطره،با استفاده از کیوبیت‌های شکننده:

‍ ساخت یک کامپیوتر کوانتومی،قطره به قطره،با استفاده از کیوبیت‌های شکننده: بخش اول: هنوز هیچ‌کس نمی‌داند کدام فناوری،کامپیوترهای کوانتومی آینده را تغذیه خواهد کرد،اما رقابت برای ساخت آن‌ها،از همین حالا،منجر به تولید برخی از پیچیده‌ترین ماشین‌آلات علم شده است.تقریباً تمام کامپیوترهای مدرن،از میکروکنترلرهای ارزان‌قیمت موجود در ماشین ظرفشویی شما گرفته تا سخت‌افزارهای پیشرفته‌ای که برای سیستم‌های هوش مصنوعی محاسبات انجام می‌دهند،بر اساس نسخه‌هایی از یک فناوری واحد عمل می‌کنند: صفحه‌های سیلیکونی که با ساختارهای میکروسکوپی به نام ترانزیستورها پوشانده شده‌اند.مدارهای الکترونیکی حاوی ترانزیستورها می‌توانند به سرعت و به طور قابل اعتماد بین دو حالت،که معمولاً با 0 و 1 مشخص می‌شوند،تغییر کنند.این ویژگی به آن‌ها امکان می‌دهد تا بیت‌ها،واحدهای اساسی اطلاعات،را ذخیره و پردازش کنند. کامپیوترهای کوانتومی این پتانسیل را دارند که اطلاعات را به روش‌های جدید و قدرتمندتری،فراتر از صرفاً 1 و 0،پردازش کنند و مشکلات خاصی را حل کنند که برای همتایان معمولی آن‌ها بسیار دشوار است.با این حال،ساخت ماشینی به اندازه کافی قدرتمند برای تحقق این وعده،همچنان یک چالش بزرگ است.محاسبات کوانتومی هنوز به لحظه ترانزیستور خود نرسیده است،و محققان همچنان رویکردهای مختلفی را برای توسعه سخت‌افزار کوانتومی بررسی می‌کنند. رویکردهای فعلی،در درجه اول، در این زمینه تفاوت دارند که از کدام سیستم‌های فیزیکی به عنوان کیوبیت،بلوک‌های سازنده اساسی کامپیوترهای کوانتومی،استفاده می‌کنند.بر خلاف مدارهایی که بیت‌های کلاسیک را ذخیره می‌کنند،کیوبیت‌ها می‌توانند پدیده‌های عجیبی مانند برهم‌نهی و درهم‌تنیدگی را نشان دهند که قدرت محاسباتی بیشتری به آن‌ها می‌بخشد.با این حال،این اثرات کوانتومی نیز بسیار شکننده هستند و به راحتی می‌توانند توسط تعاملات ناخواسته بین کیوبیت‌ها و محیط اطراف مختل شوند.هر فناوری کیوبیت پیشنهادی،تلاش می‌کند تا دو ویژگی را که دستیابی به آن‌ها به طور همزمان دشوار است،با هم آشتی دهد: کیوبیت‌ها باید از اختلالات خارجی جدا شوند،اما در عین حال،باید به راحتی توسط محققان قابل دستکاری باشند. برخی از محققان،شرط خود را بر سیستم‌های کوانتومی طبیعی مانند اتم‌ها گذاشته‌اند.برای استفاده از یک اتم به عنوان کیوبیت،ابتدا باید آن را جدا کرده و در یک محفظه خلاء به دام بیندازید،و محققان دو رویکرد متمایز را برای انجام این کار دنبال کرده‌اند.در محاسبات کوانتومی مبتنی بر یون‌های به دام افتاده،محققان یک الکترون را از هر اتم جدا می‌کنند تا یون‌های دارای بار مثبت ایجاد کنند که می‌توانند توسط میدان‌های الکتریکی در جای خود نگه داشته شوند.رویکرد دیگر،از آرایه‌هایی از پرتوهای لیزر متمرکز،به نام گیره‌های نوری،برای به دام انداختن اتم‌های خنثی استفاده می‌کند. محققان دیگری رویکرد جایگزینی را دنبال می‌کنند که به آن محاسبات کوانتومی ابررسانا می‌گویند،که شامل طراحی کیوبیت‌های مصنوعی است.با استفاده از نسخه‌های اصلاح‌شده‌ای از فرآیندهای میکروساخت که برای محاسبات کلاسیک توسعه یافته‌اند،محققان مدارهای کوچکی را از موادی مانند آلومینیوم و نیوبیوم مونتاژ می‌کنند که در دماهای بسیار پایین،به ابررسانا تبدیل می‌شوند.این مدارهای ابررسانا،که در سیستم‌های سردخانه‌ای ویژه‌ای به نام سردخانه‌های رقیق قرار دارند،می‌توانند مانند کیوبیت عمل کنند.بسیاری از کاندیدهای دیگر کیوبیت نیز مورد بررسی قرار گرفته‌اند،از اسپین‌های الکترون گرفته تا فوتون‌ها و سیستم‌های کوانتومی عجیب‌تر. افزایش مقیاس از نمونه‌های کوچک به سیستم‌های بسیار بزرگ‌تر،یکی از بزرگترین چالش‌هایی است که تمام این رویکردها با آن روبرو هستند.ساختن چند کیوبیت خوب کافی نیست: محققان در نهایت به حداقل ده هزار،و حتی با خوش‌بینانه‌ترین تخمین‌ها،شاید حتی میلیون‌ها کیوبیت نیاز خواهند داشت.تعداد بیشتر کیوبیت‌ها همچنین به معنای سیستم‌های کنترل و اندازه‌گیری بزرگتر و پیچیده‌تر است.اگرچه هنوز زود است که بگوییم کدام فناوری،در صورت وجود،پیروز خواهد شد،تصاویر در بخش های بعدی نگاهی اجمالی به تلاش‌های جاه‌طلبانه مورد نیاز برای ساخت کامپیوترهای کوانتومی قابل اعتماد ارائه می‌دهند. #فیزیک_اتمی #کامپیوتر_کوانتومی #مکانیک_کوانتومی