حافظهٔ کوانتومی رمان عملکردی نزدیک به کامل را به نمایش می‌گذارد
در چند دههٔ اخیر، فیزیک‌دانان و مهندسان حوزهٔ کوانتوم فناوری‌های متعددی را توسعه داده‌اند که از اصول مکانیک کوانتومی بهره می‌برند تا مرزهای علم اطلاعات کلاسیک را گسترش دهند. در میان این پیشرفت‌ها، حافظه‌های کوانتومی به‌عنوان دستگاه‌های نویدبخشی برای ذخیره و بازیابی اطلاعات کوانتومی رمزگذاری‌شده در نور یا سایر حامل‌های فیزیکی برجسته می‌شوند.
برای کاربردهای واقعی، حافظهٔ کوانتومی باید هم بازدهی بالا و هم وفاداری (فیدلیتی) بالایی داشته باشد. به‌عبارت دیگر، باید بتواند بیش از ۹۰٪ از اطلاعات ورودی کوانتومی را ذخیره و بازیابی کند و تضمین کند که حالت بازگردانده‌شده به‌دقت با حالت اصلی مطابقت دارد.
قابل ذکر است که اکثر استراتژی‌های پیشین پیشنهادی برای ایجاد حافظه‌های کوانتومی کارآمد، منجر به تولید نوسان‌های تصادفی ناخواسته (یعنی نویز) می‌شدند. این نوسان‌ها می‌توانستند اطلاعات کوانتومی را تخریب کرده و وفاداری سیستم را کاهش دهند.
تیم مشترک تحت رهبری پروفسور ویپینگ ژانگ از دانشگاه جیاو‑تونگ شانگهای و پروفسور لی چینگ از دانشگاه نرمال شرق چین، اخیراً رویکردی نوین برای کنترل تعاملات اتم‑نور در حین ذخیره‌سازی اطلاعات کوانتومی معرفی کرد. با استفاده از این تکنیک، که در مقاله‌ای در Physical Review Letters توضیح داده شده است، آن‌ها حافظهٔ کوانتومی رمان را به‌نمایش گذاشتند که بازدهی ۹۴٫۶٪، نویز بسیار کم و وفاداری ۹۸٫۹۱٪ را در ذخیره‌سازی اطلاعات کوانتومی نشان می‌دهد.
“حافظهٔ کوانتومی با بازدهی و وفاداری نزدیک به یک، برای پردازش اطلاعات کوانتومی ضروری است”، ژانگ به Phys.org گفت. “دست یافتن به چنین عملکردی مدت‌هاست که یکی از چالش‌های اصلی این حوزه به حساب می‌آید و باعث شده است تا پژوهش‌های گسترده‌ای صورت گیرد و این کار منتشر شود. اهداف اصلی این مطالعه روشن‌سازی فیزیک پایه و توسعهٔ روش‌های عملی برای دستیابی به یک حافظهٔ کوانتومی کامل بود.”
یک تکنیک نویدبخش مبتنی بر ریاضیات
حافظهٔ کوانتومی که توسط ژانگ و همکارانش توسعه یافته است، از نوعی تعامل اتم‑نور به نام طرح رمانی با رزونانس دور استفاده می‌کند. علاوه بر امکان‌پذیری ذخیره‌سازی کوانتومی، این طرح مزیتی پهن‌باند فراهم می‌آورد که اجازه می‌دهد حافظه آن سیگنال‌های نوری را سریع‌تر از سایر طرح‌ها ذخیره کند.
در مقالهٔ خود، پژوهشگران تکنیکی دقیق و مقاوم معرفی کردند که می‌تواند به‌طور تطبیقی حافظهٔ کوانتومی را تا رسیدن به «کمال» کنترل کند. این تکنیک بر پایهٔ اصل نقشه‌برداری فضازمان اتم‑نور استوار است که به‌صورت ریاضیاتی با نام تبدیل هانکل شناخته می‌شود.
“اساساً، این کار برای اولین بار مکانیزم فیزیکی پشت نقشه‌برداری اتم‑نور در حافظهٔ کوانتومی را آشکار می‌کند”، ژانگ گفت. “از نظر عملی، این پژوهش گامی مهم در توسعهٔ روش جدید و تکنیک نویدبخش برای رسیدن به معیاری برتر در حافظهٔ کوانتومی به شمار می‌آید.”
شکست مرزهای حافظه‌های کوانتومی پیشین
تا کنون، پژوهشگران رویکرد ریاضی جدید خود را بر روی حافظهٔ کوانتومی رمان مبتنی بر بخار گرم رُبیدیم‑۸۷ (⁸⁷Rb) به کار گرفته‌اند. این روش ثابت کرده است که مانع «تضاد بازدهی‑وفاداری» که تا پیش از این مانع از تحقق حافظه‌های کوانتومی «کامل» می‌شد، را از بین می‌برد.
این تلاش اخیر ژانگ و همکارانش می‌تواند به تحقق حافظه‌های کوانتومی با عملکردی بهتر و بهتر کمک کند. در آینده، این حافظه‌ها می‌توانند افق‌های جدیدی برای توسعهٔ فناوری‌های کوانتومی متنوع، از جمله ارتباطات کوانتومی مسافت‌دراز، رایانه‌های کوانتومی و سامانه‌های حسگر توزیع‌شدهٔ کوانتومی، باز کنند.
“برنامه‌های پژوهشی آینده ما شامل، اما نه محدود به، مطالعهٔ اصول تازهٔ مبتنی بر فیزیک و ادغام حافظه در تکرارکننده‌های کوانتومی برای معماری‌های رایانش کوانتومی مقاوم در برابر خطا و شبکه‌های کوانتومی است”، افزود ژانگ.
نوشتهٔ این مقاله توسط نویسندهٔ ما اینگرید فادلِی، ویرایش شده توسط گابی کلارک، و با بررسی صحت‌سنجی و بازبینی توسط رابرت ایگان انجام شده است — این مقاله حاصل کار دقیق انسانی است. ما به خوانندگانی مانند شما برای حفظ روزنامه‌نگاری علمی مستقل تکیه می‌کنیم. اگر این گزارش برای شما مهم است، لطفاً به‌ویژه به‌صورت ماهانه، به ما کمک مالی کنید. در عوض یک حساب کاربری بدون تبلیغ به عنوان تشکر دریافت خواهید کرد.