المپياد جهاني فيزيك
 پيوندهاي المپياد فيزيك
 
 درهمتنیدگی یون‌ها در اَبَرشبیه‌ساز
درهمتنیدگی یون‌ها در اَبَرشبیه‌ساززنگ تفريح فيزيك
ابَرشبیه‎ساز کوانتومی‎‎صد‎‎ها یون را درهم‎تنیده می‎‎کند.


 

  فیزیکدانان مؤسسه ‎‎‎ی ملی استاندارد و تکنولوژی (National Institute of Standards and Technology) ویژگی‎‎های 219 یون عنصر بریلیوم را درهم‎تنیده کرده‎‎اند تا یک شبیه‎ساز کوانتومی‎‎ایجاد کنند. این شبیه‎ساز با هدف مدلسازی و الگوبرداری از پدیده‎‎های پیچیده ‎‎‎ی فیزیکی ساخته شده است. با استفاده از این شبیه‎ساز کوانتومی‎‎می‎‎توان پدیده‎‎هایی را که ماشین‎‎های متعارف و حتی ابررایانه‎‎ها قادر به تحلیل آن نیستند مدلسازی کرد. این تکنیک برای ساخت ساعت‎‎های دقیق اتمی‎‎هم به کار می‎‎رود. 

 

 

 

 

سیستم جدید مؤسسه‎‎‎ی ملی استاندارد و تکنولوژی می‎‎تواند حدود ده برابر بیشتر از شبیه‎ساز‎‎های قبلی میان یون‎‎هادرهم‎تنیدگی ایجاد کند و به همین دلیل بسیار کاربردی و مورد استفاده خواهد بود. همچنین در این سیستم رفتار یون‎‎های درهم‎تنیده شده که در کریستالی به ضخامت یک میلیمتر حرکت دورانی دارند می‎‎تواند بیشتر از قبل تحت کنترل و یا اعمال تغییر قرار بگیرند. شبیه‎ساز کنونی نمونه‎‎‎ی تکمیل شده‎‎‎ی سیستمی‎‎است که در سال 2012 ساخته شده بود. در این شبیه‎ساز کوانتومی‎‎ایراد‎‎ها و نقص‎‎های مدل قبلی مرتفع شده است. وجود چنین نقایصی در نمونه‎‎‎ی قبلی منجر به از بین رفتن اثرات خفیف و کوتاه کوانتومی‎‎می‌شد. 
 
جاستین بوهنت (Justin Bohnet)،محقق فوق دکترای مؤسسه‎‎‎ی ملی استاندارد و تکنولوژیمی‎‎گوید: «در اینجا ما یون‎‎های درهم‎تنیده‌ای داریم که بدون ابهام و نارسایی هستند. چیزی که درهم‎تنیدگی ارائه می‎‎دهد، نوعی منبع مفید برای کاربرد‎‎های مختلف است، مانند شبیه‎سازی کوانتومی‎‎و یا دستیابی به‎‎اندازه‎گیری دقیق ساعت‎‎های اتمی.» در شبیه‎ساز کوانتومی‎‎مذکور، یون‎‎ها مانند بیت‎‎های کوانتومی‎‎یا همان کیوبیت‎‎ها عمل می‎‎کنند. یون‎‎های به دام افتاده برای مطالعه‎‎‎ی پدیده‎‎های فیزیک کوانتومی، مانند مغناطیس مناسب هستند. 
 
 
 
شبیه‎ساز کوانتومی‎‎همچنین می‎‎تواند در تحلیل مسائل مهم فیزیکی مفید باشد. چگونگی آغاز عالم، چگونگی دستیابی به تکنولوژی‎‎های نوین مانند ابررسانا‎‎ها در دمای اتاق و یا موتور‎‎های گرمایی در مقیاس اتمی‎‎و توسعه‎‎‎ی رایانه‎‎های کوانتومی‎‎از جمله‎‎‎ی این مسائل هستند. بنابر تعاریف جامعه‎‎‎ی علمی، شبیه‎ساز‎‎های کوانتومی‎‎فرآیند‎‎های کوانتومی‎‎خاصی را مدلسازی می‎‎کنند، در حالی که رایانه‎‎های کوانتومی‎‎برای انجام هرگونه محاسبات قابل استفاده هستند. شبیه‎ساز‎‎های کوانتومی‎‎با صد‎‎ها کیوبیت سابقاً از مواد مختلف، مانند اتم‎‎ها و مولکول‎‎های خنثی ساخته شده‎‎اند. اما یون‎‎های در دام افتاده مزایای منحصر به فردی دارند، مانند قابل اعتماد بودن، تشخیص حالت‎‎های کوانتومی، حالات کوانتومی‎‎با دوام زمانی بالا و درهم‎تنیدگی مستحکم در فواصل متعدد. 
 
فیزیکدانان مؤسسه‎‎‎ ی ملی استاندارد و تکنولوژی معتقدند که یکی دیگر از دستاورد‎‎های این پژوهش، قابلیت ایجاد یون‎‎های درهم‎تنیده در کریستال‎‎هایی با ابعاد مختلف است. تعداد کیوبیت‎‎های به کار رفته در این شبیه‎ساز از 20 کیوبیت به صد‎‎ها کیوبیت رسیده است. این در حالی است که حتی افزایش بسیار کمی‎‎در تعداد یون‎‎ها شبیه‎سازی را بسیار پیچیده‎تر می‎‎کند. آن‎‎ها همچنین ادعا می‎‎کنند که با این سیستم می‎‎توان فرآیند‎‎ های کوانتومی‎‎را که ابعادشان ریزتر از مقیاس قابل مشاهده توسط ابزار‎‎های متعارف است، پردازش و مدلسازی کرد.
 
 
 
 
بوهنت می‎‎گوید: «هنگامی‎‎که شما بخواهید 30 یون را به 40 یون برسانید، محاسبات دقیق شما بسیار پیچیده‌تر خواهند شد. این رقمی‎‎است که در آن استفاده از محاسبات کلاسیک به شکست منجر می‎‎شود. ما با این شبیه‎ساز از تعداد یون‎‎های کم به سمت یون‎‎های بیشتر رفتیم تا جایی که محاسبات کلاسیک دیگر قادر به شبیه‎سازی نباشند. به این ترتیب می‎‎توانیم سیستم‎‎های کوانتومی‎‎را به خوبی و با دقت بسیار بالا مدلسازی کنیم.»
 
محدوده‎‎‎ی حرکتی یون‎‎های به دام افتاده در این سیستم به وسیله‎‎‎ی میدان‎‎های الکتریکی و مغناطیسی تعیین شده است. شکل متعارف چیدمان این یون‎‎هامثلثی است. مؤسسه‎‎‎ی ملی استاندارد و تکنولوژی برای اولین بار در جهان موفق شده آرایه‎‎های دو بعدی را از  بیش از 100 یون به دام افتاده ایجاد کند. محققان با استفاده از تجاربی که در پروژه‎‎‎ی سال 2012 کسب کردند، توانستند نوعی دام جدید را برای یون‎‎ها طراحی کنند که به آن‎‎ها امکان تعامل بیشتر و سریع‎تر را می‎‎دهد. قدرت تعامل همه‎‎‎ی یون‎‎ها در کریستال‎‎ها، با وجود فواصل مختلف، یکسان است. 
 
 
 
 
پژوهشگران برای اعمال حرکت‎‎های خاص بر اسپین الکترون‎‎های یون‎‎ها، از لیزر با شدت کنترل شده و میدان مغناطیسی یکنواخت استفاده کردند. اسپین یون‎‎هامی‎‎تواند به سمت بالا، به سمت پایین و یا همزمان به هر دو طرف باشد. حالتی که در آن اسپین بالا و پایین همزمان وجود دارند، فراوضعیت نامیده می‎‎شود. در آزمایش‎‎ها، همه‎‎‎ی یون‎‎ها ابتدا در حالت‎‎های اسپینی فراوضعیت اما مستقل هستند و با هم ارتباطی ندارند. هنگامی‎‎که یون‎‎ها با هم تعامل می‎‎کنند، یک اسپین دسته جمعی پیدا می‎‎کنند که در کل کریستال اتفاق می‎‎افتد. تشخیص چگونگی حرکت اسپینی یون‎‎ها با توجه به شدت نور لیزر میسر می‎‎شود. همگامی‎‎که‎‎اندازه‎گیری انجام می‎‎شود، یون‎‎های درهم‌تنیده نشده، از فراوضعیت به یک حالت اسپینی ساده تغییر وضعیت داده و در‎‎اندازه‎گیری‎‎ها، افت و خیز‎‎ها و بی‌نظمی‎‎هایی نشان می‎‎دهند. اما یون‎‎های درهم‎تنیده شده، در هنگام‎‎اندازه‎گیری بی‌نظمی‎‎کمتری را بروز می‎‎دهند. 
 
بوهنت می‎‎گوید: «کاهش افت و خیز‎‎ها در یون‎‎های درهم‎تنیده همان چیزی است که دستیابی به ساعت‎‎های اتمی‎‎را میسر می‎‎کند. بررسی افت و خیز‎‎ها اساس کار ما در مدل‌سازی پدیده‎‎های مختلف کوانتومی ‎‎است.»
نتومی‎‎صد‎‎ها یون را درهم‎تنیده می‎‎کند. 

 


منبع:

 

Phys.org

درهمتنیدگی کواتنمی و سیلیکون‌ها

 

منابع مفید:

 

کامپیوترهای کوانتمی چگونه کار می‌کنند؟ 

کامپیوترهای کوانتمی

شبح کوانتمی

برلیوم

برلیوم: کاربردها و پژوهش‌ها

live science

Quantum Entaglement (Science daily news)

Quantum Simulator-WIKI

Atomic Clocks

 

1395/1/27لينک مستقيم

نظر شما پس از تاييد در سايت قرار داده خواهد شد
نام :
پست الکترونيکي :
صفحه شخصي :
نظر:
تاییدانصراف
 
 المپياد فيزيك

 

     

 

 

صفحه‌ي اصلي

     

 

راهنماي سايت

     

 

 

آموزش

     

 

بانك سوال

     

 

 

مسابقه

     

 

 

زنگ تفريح

     

 

 

مصاحبه و گزارش

     

 

 

معرفي كتاب

     

 

 

مشاوره

     

 

 

پرسش‌و‌پاسخ‌علمي

     

 

اخبار

 

فعاليت‌هاي علمي

 سايت‌هاي المپياد فيزيك
 بازديدها
كاربران غيرعضو آنلاينكاربران غيرعضو آنلاين:  1372
 كاربران عضو آنلاين:  0
  کل كاربران آنلاين:  1372