حافظهٔ کوانتمی رامان عملکردی نزدیک به برابری کامل را نشان داد
نوشته اینگرید فدلی، Phys.org
در چند دهه گذشته، فیزیک‌دانان و مهندسان کوانتمی فناوری‌های متعددی را توسعه داده‌اند که اصول مکانیک کوانتمی را به‌کار می‌گیرند تا مرزهای علم اطلاعات کلاسیک را گسترش دهند. در میان این پیشرفت‌ها، حافظه‌های کوانتمی به‌عنوان دستگاه‌های امیدبخشی برای ذخیره و بازیابی اطلاعات کوانتمی کدگذاری‌شده در نور یا سایر حامل‌های فیزیکی برجسته می‌شوند.
برای کاربردهای واقعی، حافظهٔ کوانتمی باید هم کارایی بالا و هم وفاداری بالا را فراهم کند. به عبارت دیگر، باید قادر باشد اکثر اطلاعات کوانتمی ورودی—معمولاً بیش از ۹۰٪—را ذخیره و بازیابی کند و اطمینان حاصل کند که حالت بازگشت یافته به‌دقت با حالت اولیه مطابقت دارد.
قابل ذکر است که بیشتر راهکارهای پیشنهادی پیشین برای توسعه حافظه‌های کوانتمی کارآمد، منجر به ایجاد نوسانات تصادفی نامطلوب (یعنی نویز) می‌شدند. این نوسانات می‌توانستند اطلاعات کوانتمی را تخریب کرده و وفاداری سامانه را کاهش دهند.
تیم مشترکی به رهبری پروفسور ویپینگ ژانگ از دانشگاه جیاوتونگ شانگهای و پروفسور لی‌کینگ چن از دانشگاه نرمال چین شرقی، به‌تازگی رویکردی نوین برای کنترل تعاملات اتم‑نور در حین ذخیره‌سازی اطلاعات کوانتمی معرفی کرده‌اند. با بهره‌گیری از این تکنیک که در مقاله‌ای در Physical Review Letters تشریح شده است، آن‌ها حافظهٔ کوانتمی رامان را نشان دادند که کارایی ۹۴٫۶٪ دارد، نویز بسیار کمی تولید می‌کند و می‌تواند اطلاعات کوانتمی را با وفاداری ۹۸٫۹۱٪ ذخیره کند.
«حافظهٔ کوانتمی با کارایی و وفاداری نزدیک به صددرصد برای پردازش اطلاعات کوانتمی ضروری است»، ژانگ به Phys.org گفت. «دست‌یابی به چنین عملکردی مدت‌هاست که یک چالش اساسی در این حوزه بوده و موجب تلاش‌های پژوهشی گسترده و الهام‌بخش برای کار منتشرشده شد. هدف‌های اصلی این پژوهش، روشن‌سازی فیزیک بنیادین و توسعهٔ روش‌های عملی برای تحقق حافظهٔ کوانتمی کامل بود.»
یک تکنیک نویدبخش مبتنی بر ریاضیات
حافظهٔ کوانتمی که توسط ژانگ و همکارانش توسعه یافته است، از نوعی تعامل اتم‑نور به‌نام طرح رامان دورافتاده‌ای استفاده می‌کند. علاوه بر امکان‌پذیری ذخیره‌سازی کوانتمی، این طرح مزیت باندپهنی نیز دارد که به حافظه‌اش امکان می‌دهد سیگنال‌های نوری را بسیار سریع‌تر از طرح‌های دیگر ذخیره کند.
در مقالهٔ خود، پژوهشگران تکنیکی دقیق و مقاوم را معرفی کردند که می‌توان از آن برای کنترل تطبیقی حافظهٔ کوانتمی تا رسیدن به «کمال» استفاده کرد. این تکنیک بر پایهٔ اصل نگاشت فضازمانی اتم‑نور استوار است که به‌صورت ریاضی به‌نام تبدیل هانکل شناخته می‌شود.
«اساساً، این کار اولین باری است که مکانیزم فیزیکی پشت نگاشت اتم‑نور در حافظهٔ کوانتمی کشف می‌شود»، ژانگ گفت. «از لحاظ عملی، این پژوهش یک نقطه عطف در توسعه روش جدید و تکنیک نویدبخشی برای دست‌یابی به معیار برتر حافظهٔ کوانتمی به شمار می‌آید.»
شکستن محدودیت‌های حافظه‌های کوانتمی پیشین
تا به‌حال، پژوهشگران رویکرد ریاضی جدید خود را بر پایهٔ حافظهٔ کوانتمی رامان مبتنی بر بخار گرم روبیدیم‑۸۷ (⁸⁷Rb) اعمال کرده‌اند. روش آن‌ها توانست مانع «تضاد کارایی‑وفاداری» را که تا کنون مانع تحقق حافظه‌های کوانتمی «کامل» می‌شد، از میان بردارد.
این تلاش اخیر ژانگ و همکارانش می‌تواند به تحقق حافظه‌های کوانتمی با عملکرد بهتر و پیشرفت‌پذیرتر کمک کند. در آینده، این حافظه‌ها می‌توانند امکانات جدیدی برای توسعهٔ فناوری‌های کوانتمی مختلف از جمله ارتباطات کوانتمی طولانی‌برد، کامپیوترهای کوانتمی و سامانه‌های حسگری توزیع‌شدهٔ کوانتمی فراهم آورند.
«برنامه‌های تحقیقاتی آیندهٔ ما شامل، اما نه محدود به، بررسی اصول جدید مبتنی بر فیزیک و یکپارچه‌سازی حافظه در تقویت‌کننده‌های کوانتمی برای معماری‌های محاسبهٔ کوانتمی مقاوم به خطا و شبکه‌های کوانتمی است»، ژانگ افزود.
نوشتهٔ این مقاله توسط اینگرید فدلی، ویرایش شده توسط گابی کلارک، و با بررسی حقایق و مرور توسط رابرت ایگان انجام شده است—این مقاله نتیجهٔ کار دقیق انسانی است. ما به خوانندگانی چون شما متکییم تا روزنامه‌نگاری مستقل علمی را زنده نگه داریم. اگر این گزارش برای شما اهمیت دارد، لطفاً یک کمک مالی (به‌ویژه ماهانه) در نظر بگیرید. به‌عنوان تشکر، یک حساب بدون تبلیغ برای شما فراهم خواهد شد.
اطلاعات بیشتر: جینشیان گوو و همکاران، حافظهٔ کوانتمی باندپهن نزدیک به‌کامل که توسط فشرده‌سازی هوشمند موج‌چرخشی فعال شده است، Physical Review Letters (2025). DOI: 10.1103/kbwj-md9n. در arXiv: DOI: 10.48550/arxiv.2505.02424
اطلاعات نشریه: Physical Review Letters، arXiv